第六章 聚合物基复合材料力学性能 (2)分解
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聚合物复合材料结构与力学性能
聚合物复合材料结构与力学性能聚合物复合材料是一种应用非常广泛的材料，它能够满足各种不同的应用需求。
而聚合物复合材料的结构和力学性能是影响它使用效果的两个重要因素。
在本文中，我们将着重探讨聚合物复合材料的结构和力学性能，阐述它们之间的关系。
一、聚合物复合材料的结构聚合物复合材料主要由基体和增强材料两部分组成。
基体是复合材料中主要起粘合作用的材料，一般为聚合物或金属。
而增强材料则是提高复合材料机械性能的关键，常见的增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
在复合材料的制备过程中，需要将基体与增强材料均匀混合，并且对增强材料进行定向排列，以便在力学应用过程中发挥出最佳的机械性能。
不同的增强材料能够在材料内部形成不同的结构。
例如，采用碳纤维增强材料制备的复合材料具有独特的多向异性结构。
这种结构使得复合材料在机械应用过程中可以适应各个方向的应力，并且具有优异的强度和刚度。
而采用芳纶纤维增强材料制备的复合材料，则具有更为致密的结构，能够提供更高的耐腐蚀性和抗疲劳性。
聚合物复合材料的结构不仅与增强材料的类型有关，还与增强材料的含量及其排列方式有关。
通过对增强材料含量的调整，可以控制复合材料的密度、强度和刚度等材料性能。
此外，增强材料的排列方式也能够对复合材料的性能产生影响。
例如，制备过程中的拉伸、挤压等工艺会使得增强材料的排列方向与基体方向不同，从而产生复合材料的各向异性结构，使得其机械性能更加出色。
二、聚合物复合材料的力学性能聚合物复合材料的机械性能是其最为重要的性能之一，也是材料选择和应用的主要考虑因素。
复合材料的机械性能主要包括强度、刚度、韧性等。
其中，强度和刚度是复合材料的特色，而韧性是影响其应用范围和使用寿命的关键因素。
强度是复合材料的抗拉、抗压、抗弯等力学性能表现。
采用不同的增强材料和结构以及增强材料含量的不同，可以得到不同强度的复合材料。
碳纤维增强聚合物复合材料具有高强度、高刚度和低密度的优异性能，适用于飞机、汽车、船舶等领域。
聚合物基复合材料知识点
聚合物基复合材料知识点概述：聚合物基复合材料是由聚合物基质和填料或增强材料（如纤维）组成的材料。
由于其独特的性能和广泛的应用领域，聚合物基复合材料成为现代工程领域中的重要材料之一。
本文将介绍聚合物基复合材料的相关知识点。
1. 聚合物基质的选择：聚合物基复合材料的性能主要取决于聚合物基质的选择。
常见的聚合物基质包括聚烯烃、聚酰胺、环氧树脂等。
不同的聚合物基质具有不同的化学性质和力学性能，因此在选择聚合物基质时需要考虑材料的具体应用需求。
2. 填料的选择：填料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的填料包括纤维、颗粒和珠状材料等。
填料的选择影响着复合材料的力学性能、耐热性和阻燃性等方面。
纤维增强材料可提供更高的强度和刚度，而颗粒和珠状填料则可改善材料的摩擦特性和耐磨性。
3. 增强材料的选择：增强材料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。
不同的增强材料具有不同的强度和刚度特性，在选择增强材料时需要考虑材料的具体应用环境和要求。
4. 复合界面的设计：复合材料中的界面是指填料和基质之间的相互作用界面。
复合界面的设计可以影响材料的耐热性、粘合强度和耐化学腐蚀性等方面的性能。
在复合材料的制备过程中，通常会采用表面粗糙化、化学处理和界面改性等方法来改善复合界面的性能。
5. 制备工艺：制备工艺对于聚合物基复合材料的性能和结构有着重要影响。
常见的制备工艺包括手工层叠法、注塑成型、挤出成型、压制成型等。
不同的制备工艺决定了材料的成型精度、力学性能和表面质量等方面的特性。
6. 应用领域：聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料、电子电气等领域。
其具有轻质高强度、耐腐蚀、隔热隔音等优势，在这些领域中发挥着重要作用。
例如，碳纤维增强复合材料在航空航天领域中被广泛应用于飞机结构件和卫星结构件等。
7. 未来发展趋势：随着科学技术的不断进步，聚合物基复合材料将继续得到发展和应用。
聚合物基复合材料
表面修饰
PLS
PLS
插层聚合
缩聚
加聚
聚合物 溶液分散
聚合物 熔融分散
聚合物/层状硅酸盐纳米复合物的结构和分类
从材料微观形态的角度，可以分成三种类型：
材料中粘土片层紧密堆积，分散相为大尺寸的颗粒状，粘土片层之间并无聚合物插入。
聚合物基体的分子链插层进入层状硅酸盐层间，层间距扩大，介于1-4nm，粘土颗粒在聚合物基体中保持“近程有序，远程无序”的层状堆积结构。可作为各向异性的功能材料
对相同尺寸和形状的梁进行振动试验的结果表明,对同一振动,轻合金梁需要9秒钟才能停止,而碳纤维复合材料梁只需2～3秒。
过载安全性
聚合物基复合材料的特性
在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根，多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上，不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，仍能安全使用一段时间。
．酚醛玻璃钢 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
透光型玻璃钢
体育馆采光
赛艇、帆船壳体
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点：
车用立体声音响喇叭
纳米材料是指含有纳米结构的材料。尺度为1nm-100nm范围内的物质即为纳米物质。
Why nano? Why nanocomposite?
01
从界面角度:
是两相在纳米尺寸范围内复合而成,界面间具有很强的相互作用，产生理想的粘接性能.
从增强体角度:强度大，模量高
PLS
PLS
插层聚合
缩聚
加聚
聚合物 溶液分散
聚合物 熔融分散
聚合物/层状硅酸盐纳米复合物的结构和分类
从材料微观形态的角度，可以分成三种类型：
材料中粘土片层紧密堆积，分散相为大尺寸的颗粒状，粘土片层之间并无聚合物插入。
聚合物基体的分子链插层进入层状硅酸盐层间，层间距扩大，介于1-4nm，粘土颗粒在聚合物基体中保持“近程有序，远程无序”的层状堆积结构。可作为各向异性的功能材料
对相同尺寸和形状的梁进行振动试验的结果表明,对同一振动,轻合金梁需要9秒钟才能停止,而碳纤维复合材料梁只需2～3秒。
过载安全性
聚合物基复合材料的特性
在纤维复合材料中，由于有大量独立的纤维，在每平方厘米面积上的纤维数少至几千根，多达数万根。当过载时复合材料中即使有少量纤维断裂时，载荷就会迅速重新分配到未被破坏的纤维上，不至于造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，仍能安全使用一段时间。
．酚醛玻璃钢 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达1000℃；电学性能好，耐烧蚀材料，耐电弧。性脆，尺寸不稳定，收缩率大，对皮肤有刺激作用。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
透光型玻璃钢
体育馆采光
赛艇、帆船壳体
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点：
车用立体声音响喇叭
纳米材料是指含有纳米结构的材料。尺度为1nm-100nm范围内的物质即为纳米物质。
Why nano? Why nanocomposite?
01
从界面角度:
是两相在纳米尺寸范围内复合而成,界面间具有很强的相互作用，产生理想的粘接性能.
从增强体角度:强度大，模量高
聚合物基复合材料力学性能
35
3.1 正交复合材料单轴拉伸的应力－应变曲线
单向复合材料纵向 拉伸应力－应变曲线是 一条直线。用单向玻璃 纤维预浸料铺层的双向 正交复合材料的单轴拉 伸应力－应变曲线却是 一条折线。
36
原因：
①单向复合材料纵 向拉伸强度和模量取决 于纤维，而基体的影响 很小。所以单向纤维复 合材料的应力－应变体 现了玻璃纤维的力学特 征，呈现线性的应力－ 应变关系。
复合材料应力－应变曲线的位置:
如果纤维的体积分数越高，复合材料应力－应变曲线越 接近纤维的应力－应变曲线； 反之，当基体体积分数高时，复合材料应力-应变曲线 则接近基体的应力－应变曲线。
24
了解载荷在复合材料的组分之间怎样分配和组分所承担的 应力是具有重要意义的。 载荷分配： Pf/Pm=(Ef/Em) × Vf/V m
第一点，基体材料本身力学性能较好，能满足复合材料力学性能 对基体的性能要求。这包括，有较高的内聚强度、弹性模量；与增 强纤维有相适应的断裂伸长率，满足使用要求的耐热性、韧性等。 第二点，对增强材料有较好的润湿能力和黏附力，保证良好的 界面粘接。
第三点，工艺性优良。成型和固化的方法与条件简单，固化收 缩率低，形成的内应力小。
L、拉伸模量EL
L fbV fb mVm
EL E fbV fb EmVm
（8-10） （8-11）
式（8-10）和（8-11）表明，纤维和基体对复合 材料的力学性能所做的贡献与它们的体积分数成正比， 这种关系称为混合定则（Rule of Mixtures）。显然，
V f Vm 1
14
②碳纤维的力学特性。
第一：具有脆性材料特征。
第二：碳纤维的拉伸强度和拉伸模量均较高。 Ⅱ型碳纤维或称高强型(HS)碳纤维的强度可达3GPa以上。模量 230~270GPa，断裂伸长率1％~1.5％。 Ⅰ型碳纤维或称高模型(HM)碳纤维的模量390~420GPa，强度2GPa左右， 断裂延伸率0.5％~1.0％。 碳纤维的缺点在于脆性比玻璃纤维大．与树脂基体的界面结合强度 比玻璃纤维差。
3.1 正交复合材料单轴拉伸的应力－应变曲线
单向复合材料纵向 拉伸应力－应变曲线是 一条直线。用单向玻璃 纤维预浸料铺层的双向 正交复合材料的单轴拉 伸应力－应变曲线却是 一条折线。
36
原因：
①单向复合材料纵 向拉伸强度和模量取决 于纤维，而基体的影响 很小。所以单向纤维复 合材料的应力－应变体 现了玻璃纤维的力学特 征，呈现线性的应力－ 应变关系。
复合材料应力－应变曲线的位置:
如果纤维的体积分数越高，复合材料应力－应变曲线越 接近纤维的应力－应变曲线； 反之，当基体体积分数高时，复合材料应力-应变曲线 则接近基体的应力－应变曲线。
24
了解载荷在复合材料的组分之间怎样分配和组分所承担的 应力是具有重要意义的。 载荷分配： Pf/Pm=(Ef/Em) × Vf/V m
第一点，基体材料本身力学性能较好，能满足复合材料力学性能 对基体的性能要求。这包括，有较高的内聚强度、弹性模量；与增 强纤维有相适应的断裂伸长率，满足使用要求的耐热性、韧性等。 第二点，对增强材料有较好的润湿能力和黏附力，保证良好的 界面粘接。
第三点，工艺性优良。成型和固化的方法与条件简单，固化收 缩率低，形成的内应力小。
L、拉伸模量EL
L fbV fb mVm
EL E fbV fb EmVm
（8-10） （8-11）
式（8-10）和（8-11）表明，纤维和基体对复合 材料的力学性能所做的贡献与它们的体积分数成正比， 这种关系称为混合定则（Rule of Mixtures）。显然，
V f Vm 1
14
②碳纤维的力学特性。
第一：具有脆性材料特征。
第二：碳纤维的拉伸强度和拉伸模量均较高。 Ⅱ型碳纤维或称高强型(HS)碳纤维的强度可达3GPa以上。模量 230~270GPa，断裂伸长率1％~1.5％。 Ⅰ型碳纤维或称高模型(HM)碳纤维的模量390~420GPa，强度2GPa左右， 断裂延伸率0.5％~1.0％。 碳纤维的缺点在于脆性比玻璃纤维大．与树脂基体的界面结合强度 比玻璃纤维差。
聚合物基复合材料的性能课件
兼容性
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
第六章 纤维复合材料的力学性能2
第三节 纤维复合材料的疲劳行为
• 如图为不同结构形式层合板的S-N曲线。可 见，加入适量90°铺层或采用±5°对称铺 层结构的层合板较单向层合板的拉伸疲劳 特性能有所改进。等量的0°和90°铺层构 成的正交铺层层合板的疲劳强度明显高于 玻璃布铺层层合板。由于无纺材料中纤维 处于平行和舒直状态，不象编织物中纤维 那样弯曲，所以一般而言，无纺材料在抗 疲劳性方面优于编织材料。
第三节 纤维复合材料的疲劳行为
• 随着裂纹进一步发展，横向层在纵向 正应力较大的区域继续产生新的横向 裂纹，使裂纹密度逐渐趋于饱和。此 时，横向层失去了承载能力，仅依靠 界面将其与纵向层粘结在一起。但是， 横向层对纵向层泊松变形的抑制作用 又诱发了纵向层中的纵横向裂纹，出 现了纵横裂纹交叉现象。
第三节 纤维复合材料的疲劳行为
第三节 纤维复合材料的疲劳行为
• 在正交（0°/90°）层合复合材料中，横向 层（90）与纵向层（0°）的强度和模量相 差很大。通常，在交变载荷作用下，横向 层将首先出现裂纹，并往往同时伴随界面 脱前和基体开裂及分层。分层是因横向与 纵向两层的泊松比不同引起层间剪切应力 和层间正应力所致。裂纹出现后，裂纹附 近横向层内的纵向正应力为零，而离裂纹 稍远处应力较大。
第三节 纤维复合材料的疲劳行为
• 在复合材料疲劳过程中，一般不出现主裂 纹扩展现象，其损伤机理非常复杂，难以 用简单的数学模型加以描述，因此对疲劳 行为的检测是十分重要的。然而，由于复 合材料的非均质各向异性以及层合结构等 增大了疲劳试验的难度。目前，复合材料 疲劳损伤的测试主要有显微镜直接观察、 声性射、X-射线衍射及红外热像技术等无 损检验方法。以下简要介绍纤维复合材料 疲劳损伤的特点以及影响疲劳性能的因素。
第三节 纤维复合材料的疲劳行为
聚合物基复合材料-内容总结
2. 物理性能：密度小、耐热性好、热膨胀系数负效应、黏结性差 3. 化学性能
• 氧化性 易氧化成CO、CO2，空气中耐热性差，200-290℃开始氧化，比GF 差 • 耐腐蚀性 比GF更耐腐蚀，只能被强氧化剂氧化，耐水性好 • 耐热性 不与空气接触时，表现极好的耐热性，在高于1500℃时，强度才
开始下降
• 强度比湿纺原丝提高50%以上
碳纤维
b）PAN原丝的预氧化处理（2h） PAN原丝
二维有序结构
200-300℃
O2，张力
预氧化纤维
六元环梯形结构
① 预氧化作用 通过氧化反应使β碳原子部分氧化成羟基、羰基，在分子间和分子内形成氢键， 利用其诱导作用，使CN在较低的温度下环化形成带有六元共轭环的梯形结构，从 而提高PAN的热稳定性，经受住高温碳化处理。
组成
① 基体相：聚合物基体可分为塑料、橡胶两类 ② 增强相：是聚合物基复合材料的骨架，决定复合材料的强度和刚 度的主要因素 ③ 界面相：是聚合物基体与增强材料间形成的第三相，是产生复合
效果的主要因素
增强材料
增强材料：聚合物基复合材料的骨架，决定复合材料的强度和刚度的主
要因素，显著提高复合材料的机械性能，即赋予复合材料高强度和高模量 等力学性能。形态主要有微粒、薄片、纤维，其中纤维的效果最好。
结构特点-含活泼氢原子，反应过程中伴有氢原子转移
如多元伯胺、多元羧酸、多元硫醇和多元酚 催化型固化剂：引发树脂分子中的环氧基按阳离子或阴离子聚合的历程进行固化 结构特点-叔胺、三氟化硼络合物 交联剂：能与双酚A型环氧树脂的羟基进行交联
溶解脱泡 挤出纺丝
UHMWPE+溶剂+抗氧剂等
脱溶剂
UHMWPE溶液 UHMWPE纤维
第6章 聚合物复合材料的界面
重要性： 重要性： 第 6 章 复 合 材 料 的 界 面
1. 界面所占面积多： 界面所占面积多： 玻璃钢制品中30%纤维含量的制品与50%纤维含量制 玻璃钢制品中30%纤维含量的制品与50%纤维含量制 30%纤维含量的制品与50% 品的界面数量明显不同 2. 力的传递
基体与纤维之间连接桥梁， 基体与纤维之间连接桥梁，纤维与基体之间的应力 传递作用 3. 影响性能－ 影响性能－增韧
提高浸润性的手段
第 6 章 复 合 材 料 的 界 面
界面设计基本原则：改善浸润性，提高界面的粘接强度。 界面设计基本原则：改善浸润性，提高界面的粘接强度。 提高PMC界面粘接强度的措施： 界面粘接强度的措施： 提高 界面粘接强度的措施 （1）使用偶联剂 ） 偶联剂：也称活性浸润剂， 偶联剂：也称活性浸润剂，它既与增强用玻璃纤维表面 形成化学键， 形成化学键，又与基体具有良好的相容性或与基体反应的化 学试剂。 学试剂。 常用的偶联剂：有机硅、有机铬、钛酸酯等。 常用的偶联剂：有机硅、有机铬、钛酸酯等。 有机硅偶联剂的结构通式为： 有机硅偶联剂的结构通式为：R-Si-(OR`)3
6.2 高聚物复合材料界面的形成及作用机理
第 6 章 复 合 材 料 的 界 面
3、机械结合： 当两个表面相互接触后，由于表面粗糙不 机械结合： 当两个表面相互接触后， 平将发生机械互锁。 平将发生机械互锁。 另一方面，尽管表面积随着粗糙度增大而增大， 另一方面，尽管表面积随着粗糙度增大而增大，但 其中有相当多的孔穴，粘稠的液体是无法流入的。 其中有相当多的孔穴，粘稠的液体是无法流入的。无 法流入液体的孔不仅造成界面脱粘的缺陷，而且也形 法流入液体的孔不仅造成界面脱粘的缺陷， 成了应力集中点。 成了应力集中点。
复合材料性能
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产生机理为：由于温差作用而引 起的熔体表面优先成核作用所致。 并且认为此结果也同样适用于聚 合物与金属等其他固体的界面之 间。
继此之后，大量研究者相继报导 了结晶型聚合物在金属、金属氧 化物和各种有机、无机薄膜或纤 维表面或界面上的结晶现象。并 把这些现象等同于Jenckel和 Barriault所描述的“横穿晶”现 象。即认为是由于基质表面成核 作用引起聚合物分子链在基质表 面行式生长，生成分子链轴平行 于基质表面的“横穿晶”结构。
我课题组的研究工作说明：把材料成型冷却过程中界面应力的松 弛与诱导基体结晶的关系统一起来考虑，对进一步深入研究聚合 物复合材料的界面作用机理具有重要意义。
6.4.2 聚合物基复合材料界面结晶效应
聚合物复合材料基质对基体结晶 的影响对复合材料性能极为重要， 也是决定其材料性能的关键因素。
1. 表面结晶现象
1952年Jenckel等首先描述了结晶 型聚合物熔体的表面结晶现象， 将其称之为“横穿晶” （Transcrystalline）。他们起初 只感到此横穿晶与球晶之间存在 联系。
2. 成核控制机理 根据此种成核能力的标准,有关成核能力的控制因素,各研究者也提出了
各自不同的观点: （1）基质、基体间晶胞参数相近原理 （2）基质、基体间化学组成相似原理 （3）基质表面能控制原理 （4）基质表面吸附杂质原理 （5）表面温度梯度控制原理 （6）应力诱导成核原理
…… 这些理论若按“横穿晶”的形成机制可大致区分为三种： （1）基质成核机制 认为成核由基质表面物理化学性质造成。 （2）杂质成核机制 认为是由于基质表面的极性力吸引了有成核能力的杂质而引起。
(a)280,(b)260,(c)323 ℃.
冷却速率变化 对形成横穿晶 的影响：
Twaron/PP cooled at 1 ℃/min. Twaron/PP cooled at 10 ℃/min.
Class P75/PP cooled at 10 ℃/min,Tc=130 ℃
Class P75/PP cooled at 280 ℃/min,Tc=130 ℃
Nylon610 as an inactive substrate (type 3) in the crystallization of PEO at 50℃ .
Morghology of PP crystalline in contact with Kel-F at 125 ℃,(聚三氟氯乙烯）,type 2.
面相模量，提高了材料的强度或韧性。
我课题组于1992至2000年间也报导了一些这方面的研究工作，即 发现玻纤/聚烯烃复合材料成型冷却过程中的相变收缩应力可诱导 界面处微纤晶界面处的相变收缩应力，同时又加强了界面相的模量， 提高了复合材料的强度与韧性。
复合材料基质和结晶温度对形 成横穿晶的影响：
(a) Row structure, with diameters of tens of µm, PP. (b) A transcrystalline layer of PP in contact with PTFE.
Crystalline morphology of PEEK in contact with carbon fiber melted at 420 ℃ for 10 min and then crystallized at
高强度PE纤维增强PE复合材 料
* 其中Chatterjee等研究了43对聚合 物/基质间的结晶情况，并根据 所形成的横穿晶的厚薄情况将基 质区分为具有强、中、弱三种等 级的成核能力，以希望能寻找出 控制此种成核能力的影响因素。
Morghology of PP crystalline in contact with Penton at 125℃, (聚二氯甲基环丙烷）type 1.
外界应力作用的影响：
PP结晶试验中结晶 温度和纤维牵伸速 率的影响：
PP结晶试验中结晶温 度和纤维牵伸速率的 影响：
说明复合材料冷却过 程中的微小的应力-应 变作用就可引起表面 成核作用（即剪切诱 导成核作用），引起 界面处横穿晶的形成。
剪切诱导成核作用对 于解释由注射法成型 的玻纤增强塑料具有 实际意义。
的研究结论推广到复合材料界面上，认为横穿晶的本质就是球晶的变形， 即折叠链片晶，显然缺乏严密性。因这两种界面间的温度差和应力分布情 况极不相同。 （2）忽略了聚合物基复合材料在发生相转变时的体积收缩以及由此引起 的界面收缩应力。 （3）过分强调了成核作用对形成“横穿晶”的影响。
4. 界面结晶行为与复合材料性能的关系 诸多研究者报导：复合材料界面处的“横穿晶”的形成提高了界
（3）应力成核机制 认为成核是由于界面应力造成基体分子链在基质表面处的取向、 规则排列。并分析引起成核的应力有三种： （a）温差应力；适用于聚合物熔体表面。 （b）缩差应力；由基质、基体间热膨胀系数不同而引起。 （c）外界使加的作用力；对聚合物复合材料不适用。 这些理论对许多现象虽然能进行解释，但均存在反例，不具备普遍性。 3. “横穿晶”现象解释中存在的问题： （1）把Barriault等对聚合物熔体在空气、水浴或油浴中的表面结晶现象
1955年Barriault等采用偏光显微 镜和X-射线衍射实验证明：经空 气、水浴及油浴冷却的PA66熔体 表面所形成的横穿晶的分子链轴 平行于聚合物表面，而分子链间 的氢键方向垂直于聚合物表面。
注：聚酰胺的链构象受到分子间氢键的强烈影响，结果形成平面锯齿形的 分子链靠分子间氢键联系而平行排列成的片状结构。尼龙66的分子链平行 的排列（），建立分子间氢键；但尼龙6则不同，其分子链具有方向性， 只有取反平行的排列（）时，才能建立全部分子链氢键。