【环氧板】材料的界面相容性

将在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态称为相。不同相之间会有明确的物理界面。该物理界面不是几何意义上的面,而是具有一-定厚度的区域。由于界面原子能量不同于界面两侧原子能量，因而该区域具有不同于相邻两相的特殊性质。一般将固相或液相与气相的界面称为表面。环氧板材料的界面是指基体与增强体之间化学成分有显著变化、构成彼此结合、能起载荷传递作用的微小区域。界面相则是环氧板材料中组元材料之间具有一定尺度、在结构和原组元材料上有明显差别的新相。

环氧板材料界面在物理结构上呈层状或带状，厚度一般是不均匀的，其厚度约在数纳米至数微米之间。虽然界面较小，但其仍有自己独特的结构和性质，且不同于基体和增强体中的任何一-相。环氧板材料界面在化学成分上也较为复杂,可以是基体和增强体相互扩散的产物，也可以是基体和增强相的化学反应物,还可以是单独制备的一层物质,其化学组成也会完全不同于基体和反应物。此外,界面还可能含有增强体涂层元素和环境带来的杂质元素等。环氧板材料界面是环氧板材料中极为重要的结构,其结构和性能直接影响环氧板材料的性能。因此.深入研究界面性质,进而对其进行控制，是获得高性能环氧板材料的关键。

环氧板材料的界面相容性是指在制备.加工和使用过程中,环氧板材料各组元之间的相互配合程度。这主要包括两大部分一物理 相容性和化学相容性。前者主要是指在应力作用下和温度变化时,材料性能和材料参数之间的关系。这又可以分为力学相容性和热物理相容性。力学相容性主要是指环氧板材料基体应有足够的强度和韧性,可以将外部载荷均匀地传递到增强体上，而不会产生明显的不连续现象。热物理相容性则主要是指基体和增强体在温度变化时相互配合的程度。本章主要介绍物理相容性的热物理相容性问题。环氧板材料的化学相答性相对较为复杂,其中最重要的问题是基体与增强体的化学反应,本章也将对其进行简要介绍。

一般而言环氧板材料的制备温度和服役温度都有所差别，而基体和增强体的热膨胀系数也会有所不同。因此，环氧板材料在服役时便会产生热应力，这将对环氧板材料性能产生一定的影响。

无论环氧板材料界面是以何种方式结合的，环氧板材料总是在一定温度下制备的，而在该温度下，环氧板材料各组元是热膨胀匹配的。然而，环氧板材料一般在高于或低于制备温度下服役。纤维和基体便会因热膨胀系数的不同而产生热失配，进而产生界面热应力。界面热应力又分为径向热应力、轴向热应力和环向热应力。其中，径向热应力是由纤维径向与基体热失配引起的,轴向热应力是由纤维轴向与基体热失配引起的，环向热应力则是由纤维环向与基体热失配产生的。轴向热应力较大时可能造成基体屈服或开裂，径向热应力和环向热应力则可能使界面脱黏。图8-1所示为由于热应力导致的界面脱黏和基体开裂的微观形貌。下面主要介绍轴向热应力。

一般而言,高模量、高强度纤维的热膨胀系数小于基体的热膨胀系数。图8-2简单示意了纤维径向热应力产生的过程。图8-2(a)所示为制备温度下,基体和纤维的热匹配状态。当环氧板材料服役温度低于其制备温度时,基体收缩程度大于纤维轴向收缩程度，如图8-2(b)所示。此时，纤维受压应力,基体受拉应力。而当环氧板材料服役温度高于其制备温度时,基体扩张程度则会小于纤维轴向伸长程度，如图8-2(c)所示。此时，纤维受拉应力，基体受压应力。

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