環(huán)氧板材料的界面相容性是指在制備、加工和使用過程中，環(huán)氧板材料各組元之間的相互配合 程度。這主要包括兩大部分單物理 相容性和化學(xué)相容性。前者主要是指在應(yīng)力作用下和溫度變化時(shí),材料性能和材料參數(shù)之間的關(guān)系。這又可以分為力學(xué)相容性和熱物理相容性。力學(xué)相容性主要是指環(huán)氧板材料基體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和韌性,可以將外部載荷均勻地傳遞到增強(qiáng)體上，而不會(huì)產(chǎn)生明顯的不連續(xù)現(xiàn)象。熱物理相容性則主要是指基體和增強(qiáng)體在溫度變化時(shí)相互配合的程度。本章主要介紹物理相容性的熱物理相容性問題。環(huán)氧板材料的化學(xué)相容性相對(duì)較為復(fù)雜,其中最重要的問題是基體與增強(qiáng)體的化學(xué)反應(yīng),本章也將對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹

對(duì)于大多數(shù)的聚合物基環(huán)氧板材料.纖維模量遠(yuǎn)大于其體模量，熱膨脹系數(shù)又較小科體任 固化時(shí)又會(huì)產(chǎn)生較大收縮。因此,纖維- 般受壓應(yīng)力,基體受拉應(yīng)力?？s性能和斷裂韌性,熱應(yīng)力嚴(yán)重時(shí)還可能使環(huán)氧板材料產(chǎn)生翹曲變形,甚至纖維斷裂。

對(duì)于金屬基環(huán)氧板材料,若纖維的熱膨脹系數(shù)小于基體的熱膨脹系數(shù),則環(huán)氧板材料從制備溫度降至室溫時(shí).纖維將受壓應(yīng)力，基體受拉應(yīng)力。這將降低環(huán)氧板材料的屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性等。纖維受壓應(yīng)力時(shí)往往不能同時(shí)有效承載，導(dǎo)致環(huán)氧板材料的實(shí)際強(qiáng)度低于按混合法則計(jì)算的理論強(qiáng)度。

對(duì)于陶瓷基環(huán)氧板材料,理想的狀況也是承載之前增強(qiáng)體受拉應(yīng)力,基體受壓應(yīng)力，以提高基體的開裂應(yīng)力。但纖維的熱膨脹系數(shù)可能比基體的小或與基體接近，且陶瓷基環(huán)氧板材料使用溫度-.般較高,從而造成在某一.區(qū)間內(nèi)熱物理相容而另-溫度區(qū)間熱物理不相容。而基體的斷裂韌性又較低，因而增強(qiáng)體軸向的熱失配可能導(dǎo)致基體產(chǎn)生裂紋并損傷增強(qiáng)體。這可能造成陶瓷基環(huán)氧板材料的某些性能在高溫下反而優(yōu)于在低溫下的性能。例如，對(duì)于C/SiC環(huán)氧板材料,碳纖維的軸向熱膨脹系數(shù)為-0.14X10-°~1.7X10-*/C，而SiC的熱膨脹系數(shù)約為3.5X10-°~6.9X10-/C，大于碳纖維的熱膨脹系數(shù)。該環(huán)氧板材料的制備溫度約為1000C，在低溫下熱失配更嚴(yán)重,甚至基體產(chǎn)生裂紋。由于環(huán)境中的氧可通過該裂紋進(jìn)入環(huán)氧板材料內(nèi)部，氧化環(huán)氧板材料內(nèi)部的碳相,造成C/siC環(huán)氧板材料在低溫下的抗氧化性能較差。圖8-4所示為溫度對(duì)C/SsC環(huán)氧板材料在空氣中失重的影響。 可以看出,該材料在600 °C時(shí)失重最為嚴(yán)重,抗氧化性最差。

不同增強(qiáng)體和基體的熱膨脹系數(shù)相差較大，如熱膨脹系數(shù)(21.6X10-*/K)是SiC纖維(2.3X10-*/K)的9在環(huán)氧板材料中產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力。因此，在進(jìn)行環(huán)氧板材料設(shè)計(jì)時(shí)，是需要號(hào)慮的重要問題,最好選用熱膨脹系數(shù)接近的材料，溫座變北環(huán)氧板材料，可以在適部因素。即使較小的溫度變化也能產(chǎn)生較大的殘余熱應(yīng)力。對(duì)于當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行熱處理來減小殘余熱應(yīng)力。

在其他條件相同的情況下,增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)是影響環(huán)氧板材料殘余熱應(yīng)力的主要因素。增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)越高.環(huán)氧板材料殘余熱應(yīng)力越大。如果纖維體積分?jǐn)?shù)過高，環(huán)氧板材料在制備過程中界面殘余應(yīng)力就會(huì)過大，這將導(dǎo)致環(huán)氧板材料內(nèi)部出現(xiàn)損傷。即使沒出現(xiàn)損傷，大的殘余應(yīng)力也會(huì)顯著影響環(huán)氧板材料的力學(xué)性能。對(duì)于金屬基環(huán)氧板材料,隨著纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，基體內(nèi)的殘余熱應(yīng)力會(huì)使環(huán)氧板材料拉伸和壓縮時(shí)屈服強(qiáng)度的差值增加。對(duì)于陶瓷材料，則可能會(huì)使基體產(chǎn)生裂紋,產(chǎn)生更為不利的影響。

基體的屈服強(qiáng)度影響殘余熱應(yīng)力主要與應(yīng)力松弛有關(guān)。環(huán)氧板材料基體應(yīng)力超過其屈服強(qiáng)度后,基體即可發(fā)生塑性變形以松弛殘余熱應(yīng)力。顯然,基體屈服強(qiáng)度越高，應(yīng)力越難松弛,殘余熱應(yīng)力就越大;基體屈服強(qiáng)度越低,應(yīng)力就越容易松弛，殘余熱應(yīng)力就較小。增強(qiáng)體尺寸和長(zhǎng)徑比影響殘余熱應(yīng)力也與基體應(yīng)力松弛有關(guān)。當(dāng)增強(qiáng)體長(zhǎng)徑比較大時(shí),位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)容易受到阻礙，導(dǎo)致基體應(yīng)力松弛程度減小，環(huán)氧板材料的殘余熱應(yīng)力增大。

對(duì)于連續(xù)纖維增強(qiáng)的環(huán)氧板材料,殘余熱應(yīng)力還與纖維的取向有關(guān)。不同方向的環(huán)氧板材料殘余熱應(yīng)力有所不同,甚至可能出現(xiàn)較大差別。這主要與纖維軸向和徑向熱膨脹系數(shù)不同有關(guān)。例如，碳纖維的軸向熱膨脹系數(shù)約為-0.14X10-6~1.7X10-8/°C，而徑向熱膨脹系數(shù)可達(dá)8.85X10“6/°C。對(duì)于晶須或短纖維增強(qiáng)的環(huán)氧板材料，殘余熱應(yīng)力還和增強(qiáng)體排列規(guī)則程度有關(guān)。從平均殘余熱應(yīng)力來看.增強(qiáng)體混亂分布時(shí)的殘余熱應(yīng)力略低于增強(qiáng)體規(guī)則分布材料的殘余熱應(yīng)力。

對(duì)于聚合物基環(huán)氧板材料,影響殘余熱應(yīng)力大小的因素除上述幾個(gè)因素外還有環(huán)境濕度和時(shí)間因素。環(huán)境濕度主要通過影響聚合物基體的吸潮來影響其性能。在拉伸應(yīng)力下，聚合物基體的吸潮速度會(huì)增加。這將造成基體腫脹.導(dǎo)致應(yīng)力狀態(tài)改變。吸潮還能造成聚合物基體的塑性增加，進(jìn)而影響界面殘余應(yīng)力?？諝獾臐穸纫矊?duì)界面相產(chǎn)生一定的影響.如改變其微結(jié)構(gòu).進(jìn)一步影響殘余應(yīng)力。反過來,殘余應(yīng)力也會(huì)影響吸濕量,通常殘余應(yīng)力越大,吸濕量越大。另外,聚合物基環(huán)氧板材料界面的熱殘余應(yīng)力還具有時(shí)間依賴性。這主要是因?yàn)榫酆衔锘w和纖維/基體界面相具有黏彈性,其性能具有時(shí)間依賴性。隨著時(shí)間延長(zhǎng),基體會(huì)表現(xiàn)出應(yīng)力、應(yīng)變松弛或蠕變行為。研究表明,聚合物基環(huán)氧板材料在制備過程中產(chǎn)生的殘應(yīng)熱應(yīng)力會(huì)隨著常溫濕熱條件下的存儲(chǔ)時(shí)間延長(zhǎng)而降低。

由于殘余熱應(yīng)力對(duì)材料性能有較大影響,因而有時(shí)在材料使用前需要對(duì)其殘余熱應(yīng)力的大小進(jìn)行測(cè)試。殘余熱應(yīng)力的測(cè)量方法主要分為有損和無損測(cè)量?jī)纱箢?。有損測(cè)量主要有切槽法鉆孔法等;無損測(cè)量主要有X射線衍射法、中子衍射法、磁性法、超聲法以及壓痕應(yīng)變法等。隨著對(duì)材料研究的深人，不斷有學(xué)者提出新的測(cè)量方法，如西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)環(huán)氧板材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出通過加載卸載曲線來測(cè)量陶瓷基環(huán)氧板材料的殘余熱應(yīng)力。如圖8-5所示，將每個(gè)加載卸載遲滯回環(huán)的制線反向延長(zhǎng)后的交點(diǎn)稱為“無殘余熱應(yīng)力原點(diǎn)”。通過兩個(gè)相似三角形(OORG≌OFHG)可以最終計(jì)算出材料的殘余熱應(yīng)力。

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