CE/EP/CF复合材料微观结构分析

  复合材料的界面是复合材料在热、化学力学环.境下形成的微结构,它不仅是增强纤维与基体的连接桥梁,而且也是外加载荷从基体向增强材料传递的纽带,因此界面的结构、性能及结合方式将直接影响复合材料的物理、化学、力学性能及其破坏行为。

  纤维增强复合材料的破坏有多种形式,包括纤维断裂、纤维与基体脱粘、纤维拔出、层间破坏、基体开裂等,究竟以哪种形式或以哪种方式为主的混合形式破坏是由许多因素决定的。例如,纤维与基体的材料性质,纤维与基体的模量比和体积比,纤维与基体界面的结合情况,纤维的表面处理、制造工艺,以及制备复合材料时纤维的铺层方式等都对最终破坏形式有影响。

  CF增强复合材料的层间剪切强度直接与基体CF界面结合程度有关。为了了解改性CE与CF间的界面结合程度,采用SBM观察了CF(M40J)表面的物理状态及复合材料破坏断口形貌。可清楚地看到, CF表面有许多沿纤维轴向的沟槽,且沟槽的深度和宽度不均。沟槽的存在使得表面能增大,增加了CF与基体界面间的机械锲合作用力,进而提高了复合材料的层间剪切强度。此外,CE/EP/CF复合材料的破坏断口不规整,断面出现粘接较好的CF簇团。这种粘接紧密而又不平滑的断面在断裂后出现的新生表面积要比平整断面大得多,因而在断裂过程中吸收能量多,提高了复合材料的层间剪切强度。此外,断面上有拔出的表面粘附着树脂的CF,以及CF被拔出后在基体中残留下的孔洞。这说明CF与改性CE间的界面属于中等界面粘接,纤维与树脂之间的界面结合良好,因此复合材料的层间剪切强度较高。

  CE/EP/CF复合材料具有优异的热稳定性和耐热性,其tg为226.33℃。CE/EP/CF复合材料NOL环的力学性能较好,其拉伸强度为1394MPa,拉伸弹性模量为201GPa,层间剪切强度为487MPa。