《复合材料的表界面》PPT课件

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1、第十章复合材料的表界面复合材料是以两种或两种以上不同材料通过一定的工艺复合而成的多相材料，不同材料相互取长补短，不仅可以克服单一材料的缺点，而且通过协同作用可产生原来单一材料所没有的新性能。复合材料具有如下特征：①微观上是非均相材料，组分材料间有明显界面；②组分材料性能差异很大；③组成复合材料后性能有较大的改进；④组分材料的体积分数应大于10％。金属基复合材料；无机非金属基复合材料；聚合物基复合材料。连续纤维增强复合材料；纤维织物、编织体增强复合材料；片状材料增强复合材料；短纤维获晶须增强复合材料；颗粒增强复合材料；纳米增强复合材料。10.1复合材料概述10.2复合材料界面理论复合材料的

2、界面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。界面通常包含以下几个部分：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、基体和增强物的互扩散层、增强物上的表面涂层、基体和增强物上的氧化物及它们的反应产物之间的接触面等。界面效应(1)传递效应(2)阻断效应(3)不连续效应(4)散射和吸收效应(5)诱导效应界面上产生的这些效应，是任何一种单体材料所没有的特性，它对复合材料具有重要作用。界面区界面区域示意图1：外力场；2：场所树脂基体；3：基体表面区；4：相互渗透区；5：增强剂表面；6：增强剂10.2.

3、1浸润性理论空隙不浸润浸润浸润和不浸润的界面浸润理论认为，两相间的结合模式属于机械粘接与润湿吸附。表面无论多么光滑平整，从微观上看都是凹凸不平的。10.2.2化学键理论AAACCCB´B´B´AAABBBA´A´A´BBB两相界面发生化学反应两相界面通过偶联剂以化学键合界面的化学反应化学键理论认为，要使两相之间实现有效的粘接，两相的表面应通过官能团的反应以化学键合形成界面。或者通过偶联剂的媒介作用以化学键相互结合。10.2.3过渡层理论复合材料成型时固化收缩产生的内应力会产生不利因素，为了消除这种内应力，基体和增强剂的界面区应存在一个过渡层，起到应力松弛的作用。10.2.4可逆水解理论1

4、970年Plueddmann提出了可逆水解理论，用来解释硅烷偶联剂的偶联作用机理，同时用来说明松弛应力的效应以及抗水和保护界面的作用。形成柔性聚合物膜形成刚性聚合物膜10.2.5摩擦理论摩擦理论认为，基体与增强材料界面的形成完全是由于摩擦作用，基体与增强材料间的摩擦系数决定了复合材料的强度。10.2.6扩散理论由Borozncui等首先提出。该理论认为高聚物相互间粘接是由于表面上的大分子相互扩散所致。两相的分子链互相扩散、渗透、缠结，形成界面层。10.2.7静电理论该理论认为，两相表面若带有不同的电荷，则相互接触时会发生电子转移而互相粘结。界面的静电相互作用10.2.8酸碱作用理论该理论

5、认为，酸性表面可与碱性表面相互作用结合。这里所说的酸碱是指广义的酸碱。当两相发生酸碱作用时，酸碱相互作用焓为：ΔH=EAEB+CACB反相色谱法10.3偶联剂分子中含有两种不同性质基团的化合物，其中一种基团可与增强材料发生化学或物理的作用，另一种基团可与基体发生化学或物理作用。使基体与增强材料实现良好的界面结合，从而显著提高复合材料的性能。偶联剂主要分为有机硅烷偶联剂、有机铬偶联剂、钛酸酯类偶联剂等。10.3.1有机硅烷偶联剂有机硅烷偶联剂是一类品种多、效果好的表面处理剂，其通式为：RnSiX4-n，其中，R为有机基团，带有反应性官能团；X为可水解基团，n=1～4。在复合材料使用的硅烷偶

6、联剂中，大多n=1，即通式简化为RSiX3。硅烷偶联剂的作用机理为：1、X基团水解形成硅醇：2、硅醇的硅羟基之间以及硅醇硅羟基与玻璃纤维表面硅羟基之间形成氢键。3、硅羟基之间脱水形成-Si-O-Si-键。硅烷偶联剂与玻纤表面以-Si-O-Si-化学键结合，同时在玻纤表面缩聚成膜，形成了有机R基团朝外的结构。10.3.2有机铬烷偶联剂有机铬偶联剂通式如图所示：最常用的R为：CH3—C==CH2，称作“沃兰”。COCrCOCrClClClClHR10.3.3钛酸酯类偶联剂1、单烷氧基类钛酸酯2、螯合型钛酸酯3、配位型钛酸酯(RO)4Ti(O—X—R´)2，其中-OR可与填料表面的羟基发生反应

7、。10.3.4铝酸酯类偶联剂铝酸酯类偶联剂通式为：(RO)x—Al(Du)—(OCOR´)mRO—基团能与无机物表面的化学基团反应成键，另一基团—OCOR´则可与有机基体和或反应成键，从而把性质各异的无机材料和有机聚合物基体结合在一起，提高复合材料的性能。10.4玻璃纤维增强塑料的界面玻璃纤维增强塑料俗称玻璃钢，是由玻璃纤维和基体树脂组成的复合材料。10.4.1玻璃纤维概述1、组成和结构主要有无碱E玻璃纤维和中碱A玻璃纤维，其他还有