聚合物基复合材料 聚合物基复合材料界面课件.ppt

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1、影响复合材料性能的因素：增强材料性能基体性能复合材料的结构及成型技术复合材料中的纤维和基体界面的结合状态第4章聚合物基复合材料的界面第八次课1cm3玻璃块6cm28um的玻璃纤维5000cm21是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。4.1界面的基本概念Interface复合材料的界面虽然很小，但它是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，是一个区域或一个带、或一层，它的厚度呈不均匀分布状态。2基体和增强物的部分原始接触面；基体与增强物相互作用生成的反应产物，此产物与基体及增强物的接触面；基体和增强物的相互扩散层；增强物上的表面涂层；基体和增强物

2、上的氧化物及它们的反应产物之间的接触面等。界面通常包含以下几个部分：3复合材料中的界面并不是一个单纯的几何面，而是一个多层结构的过渡区域，界面区是从与增强剂内部性质不同的某一点开始，直到与树脂基体内整体性质相一致的点间的区域。外力场树脂基体基体表面区相互渗透区增强材料表面区增强材料从结构上来分，这一界面区由几个亚层组成：4在化学成分上，除了基体、增强物及涂层中的元素外，还有基体中杂质和由环境带来的杂质。这些成分或以原始状态存在，或重新组合成新的化合物。界面上的化学成分和相结构很复杂5界面的作用1.传递效应：界面能传递力，桥梁作用。2.阻断效应：阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中

3、的作用。3.不连续效应：物理性能的不连续性4.散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收;5.诱导效应：一种物质（通常为增强物）的表面结构使另一种（通常为聚合物基体）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。64.2界面的形成与作用机理4.2.1界面的形成1.形成：第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润；增强纤维会吸附那些能降低其表面能的物质，并优先吸附那些能较多降低其表面能的物质，第二阶段是聚合物的固化。在此过程中聚合物通过物理或化学的变化而固化，形成固定的界面层。72.液体对固体的浸润能力在复合材料制备过程中，通常都存在一个液体对固体的相

4、互浸润。浸润：不同的液滴放在不同的固体表面上，有时液滴会马上铺展开来，遮盖固体表面，这一现象称为浸润，有时液滴会仍团聚成球状，这一现象称为“不浸润”或“浸润不好”。8浸润角：即气～液界面与液～固之间的夹角液体对固体的浸润能力，可以用浸润角θ来表示：θ<90°浸润；θ≥90°不浸润；θ=0°完全浸润，θ=180°完全不浸润；浸润角的大小，与固体表面张力σSV、液体表面张力σLV及固-液界面张力σSL有关。σLVσSVσSLσSLσSVσLV9它们与浸润角之间存在如式（4-1）关系：①若σSV<σSL则cosθ<0,θ>90°，液体不能浸润固体；当θ=180°时，表面完全不浸润，液体呈球

5、状；②若σLV>σSV-σSL>0时，则1>cosθ>0，θ<90°，液体能浸润固体；③若σLV=σSV-σSL时，则cosθ=1，θ=0°，这时液体完全浸润固体；④若σSV-σSL>σLV时，则液体在固体表面完全浸润（θ=0°）时仍未达到平衡而铺展开来。（4-1）10对于一个结定的体系，接触角随着温度、保持时间、吸附气体等而变化。改变体系的表面张力，就能改变接触角θ，即改变体系的润湿情况。固体表面的润湿性能与其结构有关，改变固体的表面状态，即改变其表面张力;浸润性仅仅表示了液体与固体发生接触时的情况，而并不能表示界面的粘结性能。11一种体系的两个组元可能有极好的浸润性，但它们之间的

6、结合可能很弱;良好的浸润性，只是两个组元间可达到良好粘结的必要条件，并非充分条件。提高复合材料组元间的浸润性:对增强材料进行表面处理;改变基体成分124.2.2界面的粘结和作用机理当基体浸润增强材料后，紧接着便发生基体与增强材料的粘结(Bonding)。粘结(或称粘合、粘着、粘接)是指不同种类的两种材料相互接触并结合在一起的一种现象。界面的粘结强度直接影响着复合材料的力学性能以及其它物理、化学性能，如耐热性、耐蚀性、耐磨性等。13对于一个给定的复合材料体系，同时可能会有不同的粘结机理起作用；在不同的生产过程中或复合材料的使用期间，粘结机理还会发生变化；体系不同，粘结的种类或机理不同，

7、这主要取决于基体与增强材料的种类以及表面活性剂(或称偶联剂)的类型等。144.2.2界面的作用机理界面作用机理是指界面发挥作用的微观机理。浸润吸附理论主要论点：浸润（增强材料被基体浸润）是形成界面的基本条件之一。高聚物的粘结作用可分为两个阶段：第一阶段：高聚物大分子——宏观布朗运动——被粘物表面；大分子链节——微布朗运动——被粘体表面的极性基团靠近。15第二阶段，发生吸附作用。分子间距小于0.5nm，范德华力发生作用该理论认为黏结力决定于次价键力。根据：①