聚合物基复合材料的界面课件.ppt

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1、第4章聚合物基复合材料的界面4.1界面的基本概念4.2界面的形成与作用机理4.3界面的破坏机理4.4纤维的表面处理4.5复合材料界面的研究1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。不同相之间必然存在界面，使基体和增强体各自独立又相互依存。界面是复合材料的重要组成部分。4.1界面的基本概念2影响复合材料的因素：增强材料的性能基体的性能复合材料的结构及成型技术复合材料中增强体与基体界面的性能界面的好环将直接影响到复合材料的综合性能。3界面的定义：是指基体与增强相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。复合材料的界面是一个多层

2、结构的过渡区域，约几个纳米到几个微米。1、外力场2、基体3、基体表面区4、相互渗透区5、增强剂表面区6、增强剂4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界面特点:5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

3、复合材料的界面决定的。界面起着什么样的效应？6一种物质（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。在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性和磁场尺寸稳定性等。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：界面可将复合材料体系中基体承受的外力传递给增强相，起到基体和增强相之间的桥梁作用基体和增强相之间结合力适当的界面有阻止裂纹扩展、减缓应力集中的作用。光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，

4、如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击性等。7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：★界面效应是任何一种单一材料所没有的特性，界面研究将对复合材料性能的提高、材料设计、加工工艺的实事、新型复合材料的开发起着重要的作用。84.2.1界面的形成复合材料界面的形成可分两个阶段：第一阶段：基体与增强纤维的接触与浸润过程第二阶段：聚合物的固化过程增强纤维对基体分子中不同基团或各组分的吸附能力不同；只是吸附能降低其表面能的物质，并优先吸附能较多降低其表面能的物质。聚合物通过物理或化学变化而形成固定的界面层。4.2界面的形成与作用机理9界面的结合状态和强度对复

5、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。界面结合较差：大多呈剪切破坏，且在材料的断面可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛等现象。界面结合最佳态：当受力发生开裂时，裂纹能转化为区域化而不进一步界面脱粘；这时的复合材料具有最大断裂能和一定的韧性。界面结合过强：则呈脆性断裂，也降低了复合材料的整体性能。要实现这一点，必须要使材料在界面上形成能量的最低结合，存在液体对固体的良好浸润。形成良好界面的前提条件。10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。Waterdropletonalotusleaf11液体对固体

6、的浸润能力可用浸润角θ(或接触角)表示：θ=0°完全浸润；θ≤90°浸润；θ≥90°不浸润；θ=180°完全不浸润12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粘合功WA最大时：cos=1，即=0，液体完全平铺在固体表面。σSVσSLσLV1314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。良好的浸润取决于体系（固体、液体、界面）的表面张力。小结固液体的表面张力（或表面状态）取决于表面结构。15（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。4.2.1界面的作用机理高聚物的粘结作用分

7、两个阶段：第一阶段：高聚物大分子借助于宏观布朗运动从液体或熔体中，移动到纤维表面，大分子链节逐渐向纤维表面极性基团靠近；第二阶段：发生吸附作用。当纤维与聚合物分子间距<0.5nm，形成各种分子间作用力（吸附产生的根本原因）。16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。润湿吸附理论的局限性：（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。17在复合材料组分之间发生