【环氧板】材料热应力的产生

【环氧板】材料热应力的产生

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容性相对较为复杂,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

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-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。

师物一般而言，高模量、高强度纤维的热膨胀系数小于基体的热膨胀系数。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

热应力对复台材科任能的影啊对于大多数的聚合物基环氧板材料.纤维模量远大于基体模址，热膨胀系数又较小，基体在固化时又会产生较大收缩。因此，纤维一般受压应力 ,基体受拉应力。这将降低环氧板材料的压缩性能和断裂韧性，热应力严重时还可能使环氧板材料产生翘曲变形，甚至纤维断裂。

对于金属基环氧板材料，若纤维的热膨胀系数小于基体的热膨胀系数，则环氧板材料从制备温度降至室温时,纤维将受压应力，基体受拉应力。这将降低环氧板材料的屈服强度、疲劳强度和断裂韧性等。纤维受压应力时往往不能同时有效承载，导致环氧板材料的实际强度低于按混合法则计算的理论强度。

对于陶瓷基环氧板材料,理想的状况也是承载之前增强体受拉应力，基体受压应力，以提高基体的开裂应力。但纤维的热膨胀系数可能比基体的小或与基体接近，且陶瓷基环氧板材料使用温度一般较高，从而造成在某一区间内热物理相容而另一温度区 间热物理不相容。而基体的断想韧性又较低，因而增强体轴向的热失配可能导致基体产生裂纹并损伤增强体、这可能特病，陶瓷基环氧板材料的某些性能在高温下反面优于在低温下的性能.例如，对于CrSiC环氧板材料、眼纤维的轴向热膨胀系数为01410~1.7x10~/0，10在面下久化，大于开雄的独即联系教。该环氧板材料的精温约为A00心，在低温下热失配更严重。甚至基体产生裂纹，，由于环境中的氧可通过该裂纹进入环氧板材料内部，氧化环氧板材料内I部的碳相，造成C/siC环氧板材料在低温下的抗氧化性能较差。图8-4所示为温度对! C/SiC环氧板材料在空气气中失重的影响。可以看出，该材料在600 Th重最为严重，，抗氧化性最差。