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聚合物基【环氧板】材料的特点


1.高的比强度、比模量

多数聚合物基
环氧板材料的密度仅为1.4~2.0g●cm-,只有普通钢的1/5~1/4、钛合金的1/3~1/2,而机械强度却达到甚至超过金属材料。因此,聚合物基环氧板材料的比强度、比模量均较大,如高模量碳纤维增强环氧树脂基环氧板材料的比强度为钢的5倍、铝合金的4倍,比模量为铝、铜的4倍。902配维1

2.抗疲劳性能好

金属材料的疲劳破坏常常是没有明显的征兆的突发性破坏。而聚合物基环氧板材料中,纤维与基体的界面能有效地阻止裂纹的打展,破坏过程是渐进的,有明显的预兆。多数金属材料的疲劳强度为拉伸强度的13~1/2,而聚合物基环氧板材料的疲劳强度可达其拉伸强度的70%~80%。

3.减振性好

聚台物基
环氧板材料的界面具有吸振能力,振动阻尼能力强,吸振性能好。高的自振频率可以避免工件在工作状态下出现早期破坏,而结构的自振频率除了与自身结构形状有关外,还与工件材料的比模量平方根成正比,因聚合物基环氧板材样的比模最大,放在结构合理时,出性品精越高工件的自板频率,再加上界面又具有吸报能力,故聚合物基环氧板材料工件的减振性能优异。

4.耐烧蚀性卓越

聚合物基环氧板材料的比热容大,熔化热、气化热也高,故在高温下能吸收大量的热,具有良好的耐烧蚀性能。

5.可设计性强,成型工艺简单

可以通过改变增强体的种类、体积分数、分布形式及基体种类等以满足对
环氧板材料结构与性能的要求。且制造过程多为整体成型,无须二次加工,故聚合物基环氧板材料的可设计性强、成型工艺简单。

6.过载时安全性能好

由于环氧板材料中的增强体具有一定量, 纵使有少量增强体发生了破坏,其承受的载荷还会重新分布,不至于使工件在短期内失去承载能力。尤其是纤维、晶须等增强体,其过载能力更强,安全性更好。
当然,聚合物基环氧板材料的也存在一些不足: 抗冲击强度差、纤维增强的聚合物基环氧板材料的横向强度和层间剪切强度低。此外,在湿热环境下性能会发生变化。

界面是指基体与增强体之间化学成分有显著变化的、能够彼此结合传递载荷的微小区域。界面的组成、结构直接影响载荷的传递、影响
环氧板材料的性能。对环氧板材料界面进行控制、设计和改进研究的工作称为界面工程。界面按其微观特性分为共格、半共格和非共格3种;若按其宏观特性可分为机械结合界面、溶解与润湿结合界面、反应结合界面、交换反应结合界面和混合结合界面5种。界面具有传递效应、阻断效应、不连续效应、散射和吸收效应及诱导效应等功能,通过界面结构的改善与控制可有效提高环氧板材料的性能。

聚合物基环氧板材料的界面是在成型过程中形成的,分为两个阶段:①基体与增强体的接触与润湿:②聚合物的固化。界面作用机制是指界面发挥作用的微观机理,理论有多种:①浸润吸附理论:②化学键理论;③物理吸附理论;④过度层理论:⑤拘束层理论:⑥扩散层理论:⑦减弱界面局部应力作用理论:⑧静电吸引等,最重要的是第1种理论,也相对成熟,其他理论都还需进一步完善。

金属基
环氧板材料的界面一般有3种类型:界面平整型、界面凹凸型和界面反应型。界面结合机理有物理结合、溶解与浸润结合和化学反应结合3种。

陶瓷基环氧板材料的界面结合方式与金属基环氧板材料基本相同,它包括机械结合、物理结合、化学结合和扩散结合,其中以化学结合为主,有时会有几种界面结合方式同时存在。界面处热力学和动力学条件决定了界面的稳定性,有以下两种:①界面处无反应物,或仅形成固溶体;②界面处有反应物甚至形成反应层。可通过对增强体表面改性、向基体添加特定元素、增强体表面涂层等方法进行界面控制,从而控制陶瓷基环氧板材料的性能。

环氧板材料的界面表征手段有:透射电镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电镜(SEM)、俄歇能谱(AES)、原子力显微镜(AFM)、x光电子能谱(XPS)及Raman光谱(或拉曼探针)、X射线衍射(XRD)等。

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