【环氧板】材料有不同的强韧机制

复合材料通过界面将载荷从基体传递到增强体上，界面和基体能否有效传递载荷决定着环氧板材料的总体性能。基体模量不同导致复合材料对界面强度要求不同:聚合物基复合材料和金属基复合材料-般要求强界面，而陶瓷基复合材料则一般要求弱界面。基体模量和界面强度共同影响复合材料的失效模式。因而,若想得到理想的失效模式,必须选择适当的基体模量和界面强度。

不同类型的环氧板材料有不同的强韧机制:对于聚合物基复合材料和金属基复合材料,复合的目的主要是增强，可通过混合法则解释其增强机制;对于陶瓷基复合材料,复合的目的主要是增韧,其增韧机制为纤维脱黏和拔出。

结构环氧板材料的复合效应主要是尺寸效应、界面效应、尺度效应和结构效应。缺陷会降低材料强度，材料尺度越小,其缺陷概率越低，这是材料具有尺寸效应的原因。而界面效应、尺度效应和结构效应是不同性质材料的相互作用或耦合，是从力学上理解复合材料的基础。其中，界面效应是复合材料的典型特征,对复合材料的性能起着重要的作用,但对很多复合材料界面的结合机理尚未有统一的认识。尺度效应是不同尺度的材料相互耦合，不同尺度的材料起到不同的作用，从而复合材料有优异的性能。结构效应是由不同结构设计产生的系统综合效应。

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- -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。复合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。界面相则是复合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。复合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。复合材料界而是复合材料中极为重要的结构，其结构和性能直接影响复合材料的性能。因此，深人研究界面性质，进而对其进行控制，是获得高性能复合材料的关键。

屈服界面(滑移界面)。该类界面是指弹性纤维和塑性基体组成的环氧板材料界面。该类复合材料，在承载失效时,纤维的断裂应变小于基体的断裂应变;纤维表表现为塑性破坏。因此，该类复合材料的应应力一应变曲线的特征是变形和断裂过程可分为三个阶段:第-阶段,纤维和基体均发生弹性变形;第二阶段，随着应力的增大，基体开始发生非弹性变形，但该阶段纤维的变形仍是弹性的;第三阶段，基体发生破坏,纤维断裂，进而复合材料断裂。属于这类界面的复合材料主要有硼纤维、碳纤维或陶瓷纤维增强的金属基复合材料以及纤维增强的热塑性聚合物复合材料。

不管是弹性界面还是屈服界面,复合材料承载时,载荷一般都是 直接加在基体上,然后通 过界面传递到纤维上，使纤维受载。一 般而言,纤维的模量要大于基体的模量。对于连续纤维增强的复合材料,其受力时遵循等应变条件，基体和纤维受力较为简单。而对于短纤维而言，爱我时基体的变形量要大于纤维的变形量。图9-1可以简单表示复合材料受力时纤维和基售有形不均勾的现象。由于纤维和基体是紧密结合的，纤维将限制基体的过大变形，于是界面分恒产生了剪应力和勇应变，复合材料所受我荷也合理分配到纤维或增强体中。