复合材料分析测试方法

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1、复合材料分析测试方法复合材料是由基体材料和分散材料构成的多相体系。可按基体 材料不同大体可分为金属基复合材料、无机分金属基复合材料和聚合 物基复合材料。本文主要介绍高分子基复合材料分析测试的分析测试 方法。1. 红外光谱法 红外光谱法是鉴别有机化合物与确定样品物质的分子结构的常 用手段。通过它可以确定高分子基复合材料基体的分子结构。红外光 谱法有如下特点： (1)有机化合物的红外光谱有丰富的结构信息，对 于一些同分异构体、几何异构体和互变异构体也可以鉴定。 (2)特征 性强，分子结构表征更为精细，通过IR谱的波数位置、波峰数目及 强度确定分子基团、分子结构； (3)适用范围广，几乎大部分的有机

2、 和无机化合物在红外光谱区均有吸收。无论是纯净物，还是混合物都 可以进行分析，并且样品的状态没有特殊要求，气体、液体、可研细 的固体或薄膜物质等都适用，对于透光性不好的样品还可采用反射技 术等等，测定方便，制样简单。 (4)分析的时间很短，一般一个样可 在几分钟内完成，所需样品用量少，一次用样量约有时甚至可以低到 几十微克。2. 热分析法通过热分析可以推断材料相关的化学变化和物理结构，得到试样 的比热容，研究高分子材料的共混性能，确定熔点。但影响其因素较 多：升温速率、气氛及压力、参比物和试样处理等，且它不能用于确 定变化的性质，测定过程中体系不处于平衡状态，测得的结果不同于 热力学平衡条件下

3、的测量结果。3. 扫描电子显微镜扫描电子显微镜能清晰、准确知道样品的组织形貌，还可以和能 谱结合知道样品某一部分的元素组成。并且具有分辨率和放大倍数 高、景深大、制样简单并可以实现试样从低倍到高倍的定位分析等优 点，在高分子材料的形态、结构、晶态和共混相容性上发挥了重要的 作用。4. 力学性能复合材料力学性能主要包括拉伸、压缩、弯曲。复合材料力学研 究材料在外力作用下的变形、受力和破坏规律，为合理设计复合材料 构件提供有关强度、刚度和稳定性分析的基本理论和方法。复合材料 的力学性能具有各向异性的显著特征，在不同的方向抵抗变形及失效 的能力是不同的。例如长纤维增强树脂基单向复合材料在纤维轴向方

4、向上具有卓越的力学性能，远优于其它方向上的刚度和强度，这是由 于纤维复合材料多尺度结构的力学性能在方向上具有差异性。复合 材料各组分材料中，一般树脂基体是各向同性材料，增强体材料可分 为各向同性的玻璃纤维以及横观各向同性的碳纤维。根据外加应力的类型及其与裂纹广展面的取向关系，裂纹扩展的 基本方式可分为三种类型张开型裂纹，其特征是拉应力垂直于裂纹扩 展面，裂纹上下表面沿作用力的方向张开，裂纹沿裂纹面往前扩展。 滑开型裂纹，裂纹的扩展受切应力控制，切应力平行作用于裂纹面且 与裂纹前沿线垂直，裂纹沿裂纹面平行滑开且扩展。撕开型裂纹，切 应力平行作用于裂纹面，且与裂纹前沿线平行，裂纹沿裂纹面撕幵扩 展

5、。5.热性能复合材料的热性能包括热稳定性、热膨胀和热传导等。通过对其 热稳定性的了解，从而确定其成型加工及使用温度范围。在研究材料 的热膨胀时，可以通过线热膨胀系数和体积热膨胀系数对材料的膨 胀特性进行表征，热膨胀系数是重要的热物理性能参数之一，在实际 的应用中，比如航天器进出太空等，都会涉及到外界温度的较大变化， 在这种环境下使用复合材料时，需要对材料的热膨胀性能进行设计。 而复合材料的热膨胀性能不仅与材料的抗热震特性和材料受热后应 力分布和应力的大小相关，而且与复合材料中增强相的各向异性的属 性相关。当复合材料所处环境的温度变化时，复合材料所表现出的整 体变形是材料内部各个组成部分综合作用

6、的结果，可以宏微观方法得 出复合材料的等效热膨胀系数。6.流变性利用流变仪对复合材料的流变性进行测试。研究聚合物材料在熔 融态下的流动及其变形规律为主要内容的学科。主要研究其在流动状 态下的粘弹性行为 ,以及这种行为与材料的结构 ,物理化学性质 ,流动 条件包括剪切应力,流动速率,温度和流动状态等的关系。高分子流变学按照研究意义具体可以分为两种加工流变学和结 构流变学。加工流变学主要侧重于高分子溶体在流动时表现出的弹性 记忆效应,并且这种记忆能力随着时间的进程而衰退,记忆的程度和当 时受到应力的大小和时间有关。其测试目的主要是针对于聚合物加工 生产过程中参数的控制。结构流变学主要针对于高分子熔体流动性质 的表现形式和其内部结构织态结构 ,超分子结构 ,分子结构,链结构和 微结构的关系。尤其是聚合物材料在流动变形过程中发生的内部结构 变化,微结构形态变化的关系。对于这些行为的研究发现,经典的理论 已经不能够很好的解释这些现象,高分子流变学却带来了丰富多彩的 研究课题和广阔的应用空间