復合材料的加工過程中會產(chǎn)生應力,偏光應力儀顯微鏡熱塑性基質(zhì)復合材料層間鍵合強度與工藝參數(shù)、壓力、溫度和接觸時間都有關(guān)。如果加工過程中溫度分布是非均勻的,那么層界面會以不同的速率鍵合(或愈合)。這樣,對于一個特定的加工過程,為了估算所需的加工時問,清楚復合層壓材料各點的溫度和自粘鍵合程度十分重要。 非等溫加工時,可以用傳熱分析法預測層界面的瞬時溫度分布,分析自粘鍵合強度的增長。用實際溫度對時間作圖,以此來確熱塑性樹脂基復合材料凝固形成層壓結(jié)構(gòu)是由于層界面的自粘鍵合。自粘鍵合由兩個機理控制:①層界面的緊密接觸;②高分子鏈在界面上的擴散(愈合)。自粘鍵合形成的速率,還有復合材料凝固的速率都與加工周期中的溫度、壓力和時間直接關(guān)聯(lián)。 如果層界面不緊密接觸,那么就不會有愈合或鍵合的形成。而緊密接觸的發(fā)生則依賴于預浸料表面的粗糙度、基體樹脂的黏度、層堆砌的順序和加工周期。在復合材料的加工過程中會產(chǎn)生殘余應力.這是因為在加上非機械負荷時組成復合材料的兩相發(fā)生了不同的作用。例如:將一個熱膨脹系數(shù)較低的增強相加入到具有良好熱膨脹性能的基體相中,假如此物質(zhì)無初始應力并且溫度降低,那么基體就會比增強相收縮得多。那么,增強相就處于壓力當中(即內(nèi)壓應力)。假如相之間結(jié)合良好,那么就可以用模型來預測加工過程中導致的殘余應力場。生產(chǎn)聚合物基復合材料的標準周期是兩步固化周期。在這個周期中,溫度從室溫上升到第工一平臺溫度,并且保持溫度恒定約1h。然后,溫度繼續(xù)升高到第二平臺溫度并保持恒定約2~8h。然后溫度以一穩(wěn)定速率下降至室溫。因為有兩個平臺階段,這種固化周期被稱為兩步固化周期,第工一平臺的目的是讓氣體(如空氣、水蒸氣或揮發(fā)物)散出并且讓基材流動,讓基材密實。因此,在第工一平臺段,基材的黏度一定要低。高聚物基材的典型的黏度與溫度之間的關(guān)系是,隨著溫度的升高,高聚物的黏度降低至一最低黏度。隨著溫度的進一步升高,高聚物開始迅速地固化并且黏度顯著上升。第工一平臺溫度必須仔細選取,以使樹脂黏度較低而固化極少。
|