3复合材料界面状态解析-1.ppt

第三章 复合材料的界面状态解析 （1）增强体表面的有关问题： 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体表面特性的影响； 3）增强体的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 表面现象与物质的表面能有直接关系，即物质的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。 3.3.2 表面吸附作用 Young 公式推导 厚度一致为l，当液相向左移动δx，体系能量增加： 而由于液相的铺展，固气表面的能量减小： 3.3.3.3 不均匀表面的接触角 1、粗糙度系数：材料实际面积与表观面积或投影面积之比为：A真实＝R?A投影＝R?A表观 2、当液体向前推进时，固液界面的表观面积增加dS，固液的真正表面积增加RdS，固气界面的真正面积相应减少RdS，液气界面的真面积（也是表观面积）增加dScosθR， θR为粗糙表面上的表观接触角，在平衡状态下： 3、当θ真实90o时， θ表观随R值的增加而降低，当θ真实 90o时， θ表观随R值的增加而增加。 4、若接触角很大，表面又很粗糙，表观接触角很大，以至于截留空气 小结 思考题 1. 影响复合材料性能的主要因素是什么？ 2. 界面效应包括哪几类? 3. 什么是表面张力、表面自由能？各自的物理意义是什么？ 4. 吸附按作用力的性质可分为哪两类？各自的特点是什么？ 5.什么是接触角、前进角和后退角？导致接触角滞后效应的原因是什么？ 当以粘结剂粘结被粘物的破坏模型来作简单分析时，可以对一些问题有更深入一步的认识 根据热力学概念，恒温、恒压条件下，任何物质都有自动向自由能减少的方向移动的趋势，因此，表面能也有自动减少的趋势。 由于分子间引力是普遍存在于吸附剂及吸附物之间，故物理吸附无选择性 这三个方面都可以成为复合材料的薄弱环节；即。复合材料的性能应是以上三个因素综合效果的作用结果 ，界面性能对材料性能起决定作用。界面是一门新兴的边缘科学。 （1）在基体和增强体之间，界面形成了一种新的化学结构和物理结构 此外，在复合体系中两相的交接面上的相互作用，随环境条件的改变，可以发生变化。如温度的改变，可以改变相互间的作用，从而导致界面层厚度、化学结构和界面效应等的改变。 表面现象是自然界最普遍地现象之一。在复合材料中所表现出来的表面现象就更为复杂，但从物理化学的基本理论看，产生这些从物理化学中可知，物质体表面（或）界面层上的分子能量比相内分子要高，所以相内分子的移动不消耗功，而将相内分子迁移到表面时，要反抗分子间的吸引力而做功W。 在单位面积上的增值即为表面自由能或表（界面）张力。 由此可得，将大块物料粉碎成小颗粒或将大液滴分成小液滴时，需要对物料做功，所消耗电能量转变为表面自由能。一定的物料，粉碎程度越大，表面积就越大，所具有的表面能就越高。对超细微粒（纳米材料），由于表面积巨大，故具有相当高的表面自有能，以至使其表面特性与本体材料相比，发生了巨大的变化。单位体积（1cm3）玻璃钢，如纤维含量为50％，纤维直径为9μm，则两相的界面积达近2000cm2. 任何物质都具有表面和界面， （2）由于两相之间的界面层都具有一定的厚度，在此层中，分子的分布往往又是不均匀的，故由此 （即某一吸附剂只对某些吸附物发生化学吸附 2）由于化学吸附生成化学键，因而只能 这是因为温度提高，物质体积膨胀，即分子间距增大，使分子间作用力变小。 提高了复合材料的性能，同时还可防止水与其他介质向界面渗透，改善界面状态。 WAB为A、B两表面的粘附功，γA，γB，γAB分别为A、B表面张力及AB的界面张力。 在复合材料制备过程中，一般要求组分间能牢固地结合，并具有足够的强度。要实现这一点，通常认为必须使两种材料在界面上能形成能量的最低结合，这样，往往都存在一个液体对固体材料的相互浸润。 浸润现象是自然界中极普遍的现象，对人类的生活和生产具有十分重要的实用意义。例如洗涤、乳化、矿物浮选，印染、粘结、表面防水等应用领域以润湿规律为指导理论。 有的书把润湿分为三类形式：粘湿、浸润、铺展润湿光照射可引起二氧化钛表面在纳米区域内形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构，从而使宏观的二氧化钛表面表现了奇妙的超双亲性。利用这种原理制作的新材料，可以用于修饰玻璃表面及建筑材料表面，使之具有自清洁及防雾等效果。这种双亲二元协同原理也可以用来指导设计和研制在其他基材上使用的超双亲性修饰剂。例如，在纤维及衣物上使用修饰剂，将使它们具有超双亲性，让洗涤衣物仅用清水，而不再使用传统的洗涤剂；也可以应用到人体血管表面修饰，以防止血栓的形成，提高