复合材料的界面结合特性ppt课件.ppt

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1、第四章复合体系的界面结合特性1纤维是不能承压的，而复合后纤维的压缩强度得到了充分的发挥玻璃纤维的断裂能约为10J/m2，聚酯的断裂能为100J/m2，而复合后玻璃钢的断裂能105J/m22能量吸收机制：断裂拔出脱粘34.1复合材料界面形成过程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界面结构与结合类型4.4复合材料界面的破坏机理4.5复合材料界面优化设计4.6界面分析技术44.1复合材料界面形成过程第一阶段：纤维与液态基体（树脂或金属）间的接触与浸润过程。增强体与基体形成紧密的接

2、触。第二阶段：基体的固化过程。增强体与基体分子处于能量最低、结构稳定的状态。54.2.1树脂基复合材料的界面结构1、树脂固化过程2、增强体表面的有序树脂胶束层-树脂抑制层3、界面区的厚度对力学性能的影响6在固化后的环氧树脂内，以固化剂为中心，向四周辐射延伸固化，形成了中心密度大、边缘密度小的非均匀固化结构，密度大的中心称为“胶束”或“胶粒”，密度小的叫“胶絮”。在以树脂本身官能团进行固化反应的过程中，也存在类似胶束的高密度区和胶絮的低密度区。1、热固性树脂的固化过程72、增强体表面的有序树脂胶束层-树

3、脂抑制层高表面能下界面区形成“致密层”+松散层，低表面能下界面区形成“松散层”。模量增强剂界面区的优先吸附不同性能的树脂层吸附层表面层纤维相8复合材料界面区的作用:(1)使基体与增强体结合形成材料整体;(2)在外场作用下承受载荷时，基体通过界面将应力传递至增强体，增强体承受了主要应力，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。93、界面区的厚度对力学性能的影响优化的目标：提高黏结强度避免缺陷与应力集中104.2.2树脂基复合材料的界面理论润湿理论化学键理论优先吸附理论可逆水

4、解理论扩散层理论（补充）防水层理论和摩擦理论（自学）相互联系、相辅相成11界面化学、扩散效应M—O—Si—M—O—Si—M—O—Si—M—O—Si—M—O—Si—M—O—Si—无机介质扩散界面层——偶联剂——高聚物化学键连接界面124.2.1润湿理论完全润湿的条件是：液态树脂的表面张力必须低于增强体的临界表面张力。131）树脂对增强体表面必须很好地浸润才可使树脂与增强体紧密接触。2）树脂与增强体两相间的结合是属于机械粘结与润湿吸附3)解释了增强体表面粗化、表面积增加有利于提高界面结合力的事实4）课本P

5、39-40中提到偶联剂涂敷玻璃纤维的情况。单纯以润湿好坏来判断粘结效果是不全面的144.2.2化学键理论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，基体树脂与增强体之间形成化学键的结合，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。例１、研究者利用放射性同位素示踪技术进行化学结构研究证明，偶联剂对玻璃纤维和树脂都形成了共价键。课本P4115例２、表4.2聚酯层压板的弯曲强度例３、用Br2破坏偶联剂双键后得到的聚酯板强度无显著增强例4、碳纤维经氧化处理后，表面官能团增加

6、，得到的复合材料强度增大。16化学理论的局限性（1）当碳纤维被柔性聚合物涂层处理后，力学性能得到改善，而该涂层不含有和基体及增强体反应的活性基团，此处只存在物理效应；（2）用硅烷偶联剂处理后的表面其表面能降低，对树脂浸润不利。17光弹研究表明，基体树脂从固化放热冷却到50ºC，可产生11.5MPa的径向压力，5.8MPa的横向压力，这种热效应足以使材料破坏，这种热应力是如何松弛的呢？化学键理论难以作出合理的解释。（3）应力松弛问题184.2.3优先吸附理论玻璃纤维是否经偶联剂处理，对树脂胶料中各组分（

7、包括树脂、固化剂、交联剂或催化剂）的吸附能力有差异，即吸附有选择性，提高与树脂的相容性，大大改善树脂对增强体的浸润由于优先吸附，可在界面上形成所谓的柔性层，即欠固化的可塑层，松弛应力集中的作用。194.2.4可逆水解理论可逆水解理论用来解释硅烷偶联剂的偶联作用机理，同时来说明松弛应力的效应以及抗水和保护界面的作用当有水存在时，可与水在玻璃表面竞争结合，因为偶联剂与玻璃表面的Si-OH基形成氢键的能力比水强，发生两类可逆反应。20作用：对水产生排斥使界面上应力松弛形成-断裂-形成的动态结合状态可保持一定

8、的粘结强度HH21刚性聚合物层应力偶联剂层偶联作用松弛应力抗水和保护界面22柔性聚合物层可逆水解理论无法解释热塑性树脂/玻璃纤维系统的界面粘结机理。234.2.5扩散层理论两相的分子链互相扩散，渗透，缠结，形成了界面层。扩散过程与分子链的分子量、柔性、温度、溶剂、增塑剂等因素有关。相互扩散实质上是界面中发生互溶、粘结的两相之间界面消失，变成了一个过渡区域24聚酯的溶解度参数为10.3（cal/mol）1/2剥离强度254.3非树脂基复合材料的界面结