复合材料的界面状态解析 课件.ppt

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1、3复合材料的界面状态解析1、了解界面的分类；2、掌握复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有的特点；3、掌握复合材料界面的研究对象；4、掌握与表面张力有关的因素；5、掌握吸附按作用力的分类及特点；6、掌握导致接触角的滞后效应的原因；7、掌握固体被液体的浸润性；8、了解界面的相容性与粘接；9、了解浸润动力学；10、重点掌握增强体的表面特性及对复合材料界面结合的影响。3复合材料的界面状态解析复合材料性能的主要影响因素包括三个方面：1、基体和增强体或功能体的性能；2、复合材料的结构和成型技术；3、界面结合状态(物理的和化学的)及由

2、此产生的复合效应。这三个方面都可以成为复合材料的薄弱环节；换言之，复合材料的的性能应是以上三个因素综合效果的作用结果。3.1界面效应界面的分类：根据物质的聚集态，可以得到五种类型的界面，即气-液（g-l）、气-固（g-s）、液-液（l-l）、液-固（l-s）、固-固（s-s）界面。通常的研究中，习惯于把气-液（g-l）、气-固（g-s）界面分别称为液相表面、固相表面。注意：对于复合材料来说，界面并非是一个理想的几何面。实验证明：复合材料中相与相之间的两相交接区是一个具有相当厚度的界面层，两相的接触会引起多种界面效应，使界面层的结构和性能不同于它两侧

3、邻近的结构和性质。图3.1聚合物复合材料界面示意（a）含界面物质；（b）不含界面物质复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有如下特点：(1)具有一定的厚度；(2)性能在厚度方向上有一定的梯度变化；(3)随环境条件变化而改变。界面层的存在，导致界面效应的发生。林毅把复合材料的界面效应归结四类：(1)分割效应：一个连续体被分割成许多区域，分析尺寸大小、中断强度、分散情况等对基体的力学性能的影响；(2)不连续效应：在界面上引起的物理性质的不连续性和界面摩擦出现的现象，如电阻、介电特性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等；(3)散射和吸收效

4、应：光波、声波、热弹性波、冲击波等界面产生的散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐冲击性及耐热冲击性等；(4)感应效应：在界面上产生的感应效应，特别是应变、内应力和由此出现的现象—高的弹性、低的热膨胀性、耐冲击性和耐热性等。3．2复合材料界面的研究对象表面处理物质增强体基体表面处理物质层增强体表面处理物质层增强体基体增强体表面处理技术基体复合技术IFF表面F/I界面I表面I结构F/I界面I/M界面F/M界面M复合材料界面的研究对象：（1）增强体表面有关的问题：①、增强体表面的化学、物理结构与性能；②、增强体与表面处理物质界面层的结构与性质及对增强

5、体表面特性的影响；③、增强体表面特性与基体之间的相互关系及两者间的相互作用（增强体未处理时）；④、增强体与表面处理物质的界面作用；⑤、增强体表面特性与复合材料特性的相互关系。（2）表面处理物质的有关问题：①、最外层的化学、物理结构及内层的化学、物理结构；②、表面处理物质与基体之间的相互作用；③、表面处理物质对基体的影响；④、处理条件及处理剂层的特性；⑤、处理剂层随时间的变化；⑥、处理剂层与复合材料性能的相互关系。（3）表面处理的最优化技术。（4）粉体材料在基体中的分散：①、分散状态的评价；②、分散技术及机理；③、分散状态与复合材料性能。（5）复合技

6、术的优化及其机理。图3.3材料粘接的破坏形式作业：6、复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有哪些特点；7、简述复合材料界面的研究对象；8、简述与表面张力有关的因素。9、吸附按作用力的性质可分为哪几类？各有什么特点？10、利用接触角的知识，讨论固体被液体的浸润性。11、界面的相容性指什么？如何确定？3.3表面及界面化学基础3.3.1表面张力、表面自由能及比表面能物质表面具有的性质是由于表面分子所处状态与相内分子所处状态不同所引起的。物质表面张力可以表达为两种形式：(3.1)(3.2)l为长度，x为位移，A为面积，W为所做的功

7、；γ即为物质的表面张力。式（3.1）中，γ可以理解为表征表层分子作用于单位长度上的收缩力，单位是牛顿每厘米；而式（3.2）中，γ可以理解为物质单位面积上的能量，即发生单位面积变化时，外力所需做的功，其单位可以是焦耳每平方厘米，又称为物质的表面能。界面上单位长度的力和单位表面积的能量在数学上是相等的。(3.1)(3.2)设在恒温、恒压、恒组成条件下，由于表面变化，环境对体系所做功为W，则体系表面自由能增加值⊿G相应为：比表面积＝表面积/体积比表面积它表示物质的粉碎程度。设物质的面积增加为⊿A，由式（3.3），则有：这样，定义物质单位表面积的自由能σ为

8、比表面自由能。（3.4）（3.5）(3.3)表面张力是物质的一种特性，它是物质内部分子之间相互作用的一种表现。有关表面张力