第4章-聚合物基复合材料的界面.pptVIP

第4章聚合物基复合材料的界面;复合材料是由两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型材料。;影响复合材料的因素：;界面的定义：;非单分子层，其组成、结构形态、形貌十分复杂

界面区至少包括：基体表面层、增强体表面层、基体/增强体界面层三个部分

具有一定厚度的界面相（层）

其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化，具有“梯度”材料性能特征

界面的比表面积或界面相的体积分数很大

尤其是纳米复合材料，界面效应显著：复合材料复合效应产生的根源

界面缺陷形式多样（包括残余应力）

对复合材料性能影响十分敏感;复合材料的综合性能并不是由各单一组分性能的简单加合，而是一种线性关系；

各组分既独立又相互依存，这是由复合材料的界面决定的。;一种物质（通常是增强剂）的表面结构使另一种（通常是聚合物基体）与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变，由此产生一些现象，如高弹性、低膨胀性、耐热性和冲击性等。;界面效应：界面是复合材料的特征，可将界面的机能归纳

为以下几种效应：;4.2.1界面的形成;界面的结合状态和强度对复合材料的性能有重要影响。对于每一种复合材料都要求有合适的界面结合强度。;浸润：

是把液滴放到固体表面，液滴会立即铺展开来，遮盖固体表面，这一现象称为浸润。;液体对固体的浸润能力可用浸润角θ(或接触角)表示：;液体浸润角的大小取决于：

固体表面张力σSV、

液体表面张力σLV

固液界面张力σSL;;复合材料良好界面的形成其前提条件是先形成良好的浸润。;（1）润湿吸附理论

润湿吸附理论是基于液态树脂对纤维表面的浸润亲和，即物理和化学吸附作用。;剥离所需能量大大超过克服分子间作用力，表明界面上不仅仅存在分子间作用力；

该理论是以基体和纤维表面极性基团间相互作用为基础，因此不能解释为什么非极性聚合物间也会有粘结力。;在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形成共价键结合。

在理论上可获得最强的界面粘结能（210-220J/mol）。

主要针对使用偶联剂所起作用。;在复合材料组分之间的粘结作用源于原子或分子间的相互扩散。;当两个表面相互接触后，由于表面粗糙不平将发生机械互锁。;小结：

每一理论只能部分解释某些现象或某些结果。

都有一定局限性。

实际的界面现象复杂的多，需多方面、多角度加以分析。

迄今，未能建立一个统一的界面响应理论模型。;4.3界面的破坏机理;（2）浸润性;（3）界面反应性;（4）残余应力对界面粘合强度的影响;4.3.2界面破环机理;裂纹的发展伴随能量的消耗;裂纹的发展伴随能量的消耗;裂纹扩展时界面剥离的机理;裂纹扩展;破坏形式（5种）;4.3.3水对复合材料及界面破环作用;水浸入过程——扩散过程;（2）水对玻璃纤维表面的化学腐蚀作用;（4）水对树脂的降解作用;（5）水导致界面脱粘破坏;4.4纤维的表面处理;4.4.1增强材料的表面特性;（1）增强材料的表面物理特性;不同纤维的比表面积：;（2）增强材料的表面化学特性;（3）表面吉布斯自由能;4.4.2玻璃纤维的表面处理;4.4.2玻璃纤维的表面处理;浸润剂的作用

玻璃纤维突出的弱点：

较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。

在拉丝和纺织过程中，纤维就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。

浸润剂的作用：使多根单丝集中成股，增加原纱的耐磨性和提高拉伸强度；保护纤维免受大气和水分的侵蚀作用。;浸润剂的种类;(2)增强型浸润剂

组成：由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂等组分，配成拉丝用的浸润剂，在拉丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。

效果：增强型浸润剂在一定程度上能满足拉丝工艺要求，而且对纤维与树脂粘结影响不大。

应用：在玻璃钢成型时不必除去，可直接使用。

提醒：在选用玻璃纤维及其织物时。必须根据树脂类型考虑采用何种浸润剂。;（2）偶联剂表面处理;（2）