复合材料原理09第11讲课件.ppt

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1、复合材料原理课程学科分类：材料学课程授课人：成来飞殷小玮超高温结构复合材料国防科技重点实验室2009.4.16第十一讲聚合物基复合材料界面控制1玻璃纤维PMC的界面控制2碳纤维PMC的界面控制3有机纤维PMC的界面控制Approximately95%ofcompositesusedtodayarefabricatedfromglassfibers,withepoxyresinbeingthepreferredpolymericmatrixbecauseoftherelativelygoodprice-to-performanceratio,highav

2、ailability,easeofprocessing,anddimensionalstability.Theinterphasestiffness,fibertopography,andfiber-matrixchemicalbondingarecriticallyimportanttothestress-transferprocessandcompositeperformance.1.玻璃纤维PMC的界面控制1.1玻璃纤维的表面处理方法E.Feresenbet，TheJournalofAdhesion,79:643–665,20031.玻璃纤维PM

3、C的界面控制1.1玻璃纤维的表面处理方法复合材料界面理论化学键理论润湿理论可变形层理论活性基团增多润湿性好表面形态理论可逆水解平衡理论有机/无机桥梁表面积、粗糙度、锚固化学结合松弛应力杨俊,蔡力锋,林志勇,塑料，33[1]5-8(2004).1.玻璃纤维PMC的界面控制玻璃纤维表面处理偶联剂处理接枝处理(涂层)硅烷偶联剂铝酸酯偶联剂表面活化接枝界面缩聚接枝等离子体处理偶联剂接枝改性偶联剂杨俊,蔡力锋,林志勇,塑料，33[1]5-8(2004).润湿性协同效应偶联反应快研究较多使高分子链接枝到玻璃纤维的表面柔性界面层工艺简单、节省时间只对几个纳米的薄层起

4、变化1.1玻璃纤维的表面处理方法1.玻璃纤维PMC的界面控制硅烷偶联剂的成膜性：胺E.Feresenbet，TheJournalofAdhesion,79:643–665,2003Propyltrimethoxysilane-Aminopropyltrimethoxysilane1.2硅烷偶联剂1.玻璃纤维PMC的界面控制硅烷偶联剂/玻璃纤维表面的润湿性：PTMSAPSAPS-PTMS/glass纤维（片）1.2硅烷偶联剂1.玻璃纤维PMC的界面控制硅烷偶联剂/玻璃纤维的界面剪切强度：IFSS:界面剪切强度PTMSAPSAPS-PTMS/E-glas

5、s增强Epoxy复合材料1.2硅烷偶联剂1.玻璃纤维PMC的界面控制硅烷偶联剂/玻璃纤维的平均脱粘长度：PTMSAPSAPS-PTMS/E-glass增强Epoxy复合材料1.2硅烷偶联剂1.玻璃纤维PMC的界面控制APS/E-glass增强Epoxy复合材料硅烷偶联剂与玻璃纤维和基体的结合情况：1.2硅烷偶联剂常用双酚A型环氧树脂耐热性及韧性较低，某些固化剂毒性大等缺点，人们多年来对改善环氧树脂基体的耐热性、韧性进行了研究，并取得了较好的效果黄琪,高分子材料科学与工程，24[4]78-81(2008).热固性环氧树脂1.玻璃纤维PMC的界面控制硅烷偶

6、联剂与玻璃纤维和基体的结合情况：PTMS/E-glass增强Epoxy复合材料1.2硅烷偶联剂偶联剂的化学桥形成原理：1.玻璃纤维PMC的界面控制偶联剂一般都含有两种不同的官能团，使偶联剂起着无机相与有机相相互连接的桥梁作用偶联剂：R—SiX3X易于水解的基团，水解后能与玻璃表面作用，R是与树脂相容的基团。R—SiX3+3H2OR—Si(OH)3+3HXR—连树脂水解(胶中含有水)在含水的胶溶液中水解生成三烃基硅醇，这些三烃基硅醇与玻璃表面的烃基依靠氢键结合。1.3偶联剂的作用原理玻璃纤维水化形成烃基RRROH—Si—OHHO—Si—OHHO—Si—

7、OHOOOHHHHHHOOOMMMGlass氢键1.玻璃纤维PMC的界面控制偶联剂的化学桥形成原理：1.3偶联剂的作用原理RRRO—Si—O—Si—O—Si—OOOOMMMGlass1.玻璃纤维PMC的界面控制在涂胶玻璃纤维的干燥中，水被去掉，在硅醇和玻璃表面及玻璃表面的相邻的硅醇分子间发生缩聚反应，生成与玻璃表面结合紧密的硅氧烷。在固化过程中，R将与树脂反应或者进入树脂的分子网络。可以看出桥结的作用。偶联剂的化学桥形成原理：1.3偶联剂的作用原理RRRH2O+O—Si—OO—Si—O—Si—OOOOMHHHHOOMM界面有水的情况下(从树脂中扩散

8、到达界面)。1.玻璃纤维PMC的界面控制偶联剂的动力学平衡原理：1.3偶联剂的作用原理1.玻璃