【環(huán)氧板】的應(yīng)用

環(huán)氧板材料應(yīng)具有協(xié)同相長的特性，即材料復(fù)合后的目標(biāo)性能優(yōu)乎每個(gè)單獨(dú)組分所表觀的性能。而這與材料的復(fù)合效應(yīng)和結(jié)構(gòu)密不可分，復(fù)合效應(yīng)是指不同性質(zhì)材料的相互作用，他稱為耦合作用,是環(huán)氧板 材料特有的效應(yīng)。雖然各類復(fù)合材料增強(qiáng)體和基體形態(tài)分布相性能備異,但它們的復(fù)合規(guī)律類似。根據(jù)材料的復(fù)合規(guī)律,可以有效地進(jìn)行新的復(fù)合材料設(shè)計(jì)復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)包括尺寸效應(yīng)界面效應(yīng),尺度效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)。本章就對(duì)其進(jìn)行逐一介紹。

經(jīng)驗(yàn)表明，材料的力學(xué)性能和其尺寸相關(guān)，如材料的強(qiáng)度、斷裂韌性彈性模量等不是一個(gè)常數(shù),通常會(huì)隨著材料的尺寸變化(- -般是數(shù)量級(jí)的)而變化，表現(xiàn)出尺寸效應(yīng)現(xiàn)象。效應(yīng)的現(xiàn)象有很多理論解釋。

尺寸效應(yīng)與性能

尺寸效應(yīng)在不同的材料上有不同的體現(xiàn)。對(duì)于塊體材料,這表現(xiàn)在晶粒尺寸對(duì)材料性能的影響上，晶粒尺寸降低有利于材料力學(xué)性能的提高。對(duì)于復(fù)合材料而言須、納米管等增強(qiáng)體的介紹也可以看出,隨著增強(qiáng)體尺寸的減小，其強(qiáng)度逐漸增大。此處以石墨為例進(jìn)行說明。塊體、纖維、晶須和納米管的性能見表7-1。

從表中可以看出，石墨有顯著的尺寸效應(yīng),從厘米級(jí)到納米級(jí)，材料性能有著飛速提升。除上述兩種力學(xué)性能外，材料的韌性和抗疲勞性能也隨著材料尺寸的減小而提高。例如,碳纖維的斷裂延伸率一般不高于2. 2%，而碳納米管在應(yīng)變約為18%時(shí)才會(huì)斷裂。可見,盡管碳納米管的拉伸強(qiáng)度極高,但其脆性卻遠(yuǎn)比碳纖維的低。又如，當(dāng)尺寸減小到晶須時(shí),材料便沒有顯著的疲勞效應(yīng),對(duì)其進(jìn)行任何操作，如研磨、切割等都不會(huì)降低其強(qiáng)度

此外,材料尺寸的變化也會(huì)造成其表面物理化學(xué)性能的變化，如表面積、表面能等。該變化能造成界面應(yīng)力的改變，進(jìn)而影響復(fù)合材料的性能。

對(duì)于纖維增強(qiáng)環(huán)氧板材料，在纖維體積分?jǐn)?shù)相同的條件下,纖維直徑越小，其比表面積越大，其與基體的接觸面積也就越大，從而復(fù)合材料強(qiáng)度提高。由于納米管具有較高的韌性，故將其加人到脆性聚合物中后，在提高聚合物強(qiáng)度的同時(shí)又可顯著提高聚合物的韌性。

對(duì)于顆粒增強(qiáng)環(huán)氧板材料,以氧化鋁顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料為例。合材料的強(qiáng)度會(huì)發(fā)生改變。圖7-1所示為研究學(xué)者給出的w l0%表示質(zhì)量分?jǐn)?shù))氧化的增強(qiáng)銷基復(fù)合材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線?？梢钥闯?，在微米級(jí)，當(dāng)氧化們粒徑減小，復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性都有所提高。

但當(dāng)氧化鋁粒徑進(jìn)一步減小到納米級(jí)時(shí) ,環(huán)氧板材料的強(qiáng)度和韌性則會(huì)發(fā)生新的變化。這表現(xiàn)為相對(duì)純鋁，復(fù)合材料的強(qiáng)度提升不大，但韌性有較大提高。這是由于納米級(jí)別的顆粒會(huì)出現(xiàn)一些新的特征，影響材料的增強(qiáng)機(jī)制,進(jìn)而影響復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性。