复合材料的界面结合特性课件.ppt

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1、第四章复合材料的界面结合特性复合材料本章主要内容4.1复合材料的界面形成过程4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.3非树脂基复合材料的基体及界面结构4.4树脂基复合材料界面的破坏原理4.5复合材料界面优化设计4.6界面分析技术4.1复合材料的界面形成过程复合材料中，增强体与基体间最终界面的获得，一般分为两个阶段：第一阶段：基体与增强体在一种组分为液态(或粘流态)时发生接触或润湿过程，或是两种组分在一定条件下均呈液态(或粘流态)的分散、接触及润湿过程也可以是两种固态组分在分散情况下以一定的条件发生物理及化学变化形

2、成结合并看作为一种特殊润湿过程。这种润湿过程是增强体与基体形成紧密的接触而导致界而良好结合的必要条件。第二阶段：液态(或粘流态)组成的固化过程。形成稳定的界面结合，材料必须通过物理或化学过程固化。第一阶段与第二阶段往往是连续的，有时是同时进行的。（热塑性/模压/RTM,热固化过程尤其明显重要）4.1复合材料的界面形成过程4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.1复合材料的界面结构树脂基体固化,由于固化剂不均匀性,形成胶束与胶絮密度大为胶束/密度低为胶絮4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.1复合材料

3、的界面结构增强体影响胶束的形成与排列,近程有序,远程无序.对于表面处理过的增强体，其所组成的复合材料界面区包括了增强体表面的处理剂层。以及基体表层和增强材料的表层4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.1复合材料的界面结构界面区的作用使基体与增强体结合形成材料整体，并实现外力场作用下的应力传递。载荷存在下，基体通过界面将应力传递至增强体，故增强体承受了主要的应力，而基体承受的应力较小，界面区则承受从增强体表面至基体表面梯度分布的应力。4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树脂基复合材料的界面结合理

4、论润湿理论化学键理论可逆水解理论优先吸附理论防水层理论摩擦理论4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树脂基复合材料的界面结合理论（1）润湿理论又称浸润性理论,1963年Zismam提出。理论认为:浸润是形成复合材料界面的基本条件之一,两组分能充分浸润,则粘结强度高于树脂基体的内聚能。液体树脂的表面张力必须低于增强体的临界表面张力。树脂与增强体两相间的结合属于机械粘接与润湿吸附.由于充分的润湿，两相界面处产生的物理吸附主要是由范德华力的作用实现粘接。4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树脂基复

5、合材料的界面结合理论（1）润湿理论湿润理论解释了增强体表面粗化、表面积增加有利于提高与基体树脂界面结合力的事实，但是，单纯以两者润湿好坏来判定增强体与树脂的粘接效果是不完全的。实验表明：玻璃表面临界表面张力为7*10-4N/cm，硅烷偶联剂溶液表面张力为（4-7）*10-4N/cm，硅烷偶联剂可润湿玻璃表面。表面涂覆硅烷偶联剂的玻璃表面张力降至（2.5-4）*10-4N/cm，小于不饱和聚酯（3.5*10-4N/cm）和环氧树脂5*10-4N/cm，二者界面粘接强。4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树

6、脂基复合材料的界面结合理论（1）润湿理论4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树脂基复合材料的界面结合理论（2）化学键理论最老、应用最广基体树脂表面的活性官能团与增强体表面的官能团能起化学反应。基体树脂与增强体间以化学键结合，界面的结合力是主价键力的作用。偶联剂是实现这种化学键结合的架桥剂。4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树脂基复合材料的界面结合理论（2）化学键理论当硅烷偶联剂表面带有不饱和基团时，可提高玻纤增强不饱和聚酯树脂复合材料的强度。碳纤维经硝酸或浓碱处理后，表面增加了-COOH

7、、C=O、C－OH，与环氧树脂复合后强度提高的多。4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树脂基复合材料的界面结合理论（2）化学键理论局限：如碳纤维复合材料，当碳纤维经过某些柔性聚合物涂层处理后，力学性能可改善。而柔性聚合物与树脂和碳纤维都不起化学反应。此时，主要是物理效应起作用。若仅从润湿理论和化学键理论来评价物理吸附和化学偶联对界面粘接强度影响时，化学作用为主，润湿作用为辅。4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树脂基复合材料的界面结合理论（3）优先吸附理论界面上可能发生增强体表面优先吸附树

8、脂中的某些组分，这些组分与树脂有良好的相容性，可以大大改善树脂对增强体的浸润；由于优先吸附作用，在界面上可以形成“柔性层”，“柔性层”极可能是一种欠固化的树脂层，它是“可塑的”，可以起到松驰界面上应力集中的作用，故可以防止界面脱粘。4.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论4.2.2树脂基复合材料的界面结合理论（4）防水层理论玻纤表面牢固的吸附一