復合材料的加工過程中會產生應力,偏光應力儀顯微鏡
熱塑性基質復合材料層間鍵合強度與工藝參數、壓力、溫度和
接觸時間都有關。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構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、壓力和時間直接關聯。
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生了不同的作用。例如:將一個
熱膨脹系數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(即內壓應力)。假如相之間結
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一平臺溫度,并且保持溫度恒
定約1h。然后,溫度繼續升高到第二平臺溫度并保持恒定約2~8h。
然后溫度以一穩定速率下降至室溫。因為有兩個平臺階段,這種固
化周期被稱為兩步固化周期,第一平臺的目的是讓氣體(如空氣、
水蒸氣或揮發物)散出并且讓基材流動,讓基材密實。因此,在第
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
之間的關系是,隨著溫度的升高,高聚物的黏度降低至一較低黏度。
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。
第一平臺溫度必須仔細選取,以使樹脂黏度較低而固化極少。