666-复合体系的界面结合特性.ppt

相容性 条件？ 影响复合材料性能的发挥和性能稳定 △G 0 保证增强体及基体充分接触 先决条件 各种外加剂的使用 动力学效果 润湿？ 润湿程度 考虑 1、相间浸润的热力学效果 2、相间浸润的动力学效果 判断润湿程度 判断润湿过程及如何润湿 偶联剂的性能 界面改性剂 粘结基体和增强体的桥梁 化学功能 物理功能 其他结构因素 作业： 18、解释界面破坏的能量流散概念，并说明其在界面破坏上的应用。 19、简述非树脂基复合材料的界面类型分类。 20、如何对复合材料界面进行优化设计。 4.6 界面分析技术 复合材料的性质与界面性质紧密相关，而界面性质又取决于界面的结合状态、微结构特征以及应力状态。 AEM（分析电镜）； IR（红外光谱）； XRD（X光衍射）； XFA（X光荧光分析）； ESCA（光电子能谱）； SEM（扫描电镜）； TEM（透射电镜）。 它们对表征偶联剂的作用机理、界面层厚度、界面化学组成及化学结构、微观材料结构、界面反应、微区形貌及破坏机理分析等可以提供大量有价值的信息，以此加深人们对复合材料界面的认识。 4.6.1 常规分析 4.6.1.1 拔脱试验 πr2σuf＝2πrlceτi 图4.13 拔脱试验示意图 1－ 夹具；2－模具；3－基体 图4.14 拉拔应力与纤维埋入长度的关系 * 4、复合体系的界面结合特性 本章要点： 1、掌握复合材料界面的形成过程； 2、掌握树脂基复合材料的润湿理论、化学键理论、优先吸附理论、防水层理论，了解可逆水解理论和摩擦理论； 3、重点掌握树脂基复合材料界面的破坏机理； 4、重点掌握复合材料界面的优化设计； 5、掌握界面分析技术。 4、复合体系的界面结合特性 本章将介绍复合材料的结合特性。 4.1 复合材料界面形成过程 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： 1、基体与增强体在一种组分为液态（或粘流态）时发生接触或润湿的过程，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面良好结合的必要条件。 2、液态（粘流态）组分的固化过程。要形成复合材料增强体与基体间稳定的界面结合，不论是何种材料（金属、非金属、聚合物）均必须通过物理或化学的固化过程（凝固或化学反应固化）。 1、润湿过程； 2、固化过程。 这两个过程往往是连续的，有时几乎是同时进行的，对于在固态下制备的非金属基或金属基复合材料，往往难以区分这两个过程。 4.2 树脂基复合材料的界面结构及界面理论 4.2.1 树脂基复合材料的界面结构 热固性树脂基体的固化反应是如何进行的？ 胶束（胶粒）：固化反应后，密度大的中心部位。 胶絮：固化反应后，密度小的中心部位。 树脂抑制层：在增强体表面形成的有序树脂胶束层。 结构：类似胶束的高密度区、类似胶絮的低密度区。 复合材料中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。 界面结构：Eg 环氧树脂的固化；增强体高表面能：内部致密层,外部松散层； 增强体低表面能：松散层； 连续纤维增强的树脂基复合材料：界面微观结构与非连续纤维增强体一致。 1、固化剂诱发树脂官能团反应固化 2、树脂本身官能团进行反应固化。 4.2.2 树脂基复合材料的界面结合理论 4.2.2.1 润湿理论 指出：要使树脂对增强体紧密接触，就必须使树脂对增强体表面很好地浸润。 前提条件：液态树脂的表面张力必须低于增强体的临界表面张力。 结合方式：属于机械结合与润湿吸附。 优点：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。 不足：a、不能解释施用偶联剂后使树脂基复合材料界面粘结强度提高的现象。 b、证明偶联剂在玻璃纤维/树脂界面上的偶联效果一定有部分（或者是主要的）不是由界面的物理吸附所提供，而是存在着更为本质的因素在起作用。 注意：单纯以两者润湿好坏来判定增强体与树脂的粘结效果是不全面的。 4.2.2.2 化学键理论 认为：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。因此树脂基体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。偶联剂正是实现这种化学键结合的架桥剂。 成功之处：在偶联剂应用于玻璃纤维复合材料中得到很好应用，也被界面研究的实验所证实。 偶联剂在界