济南大学复合材料原理第3章要点.ppt

* 0 5 10 15 20 25 30 Al2O3体积含量（％） 杨氏模量（GPa） 3.8 3.3 2.8 2.3 1.8 1.3 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● × × × × × × × × × ● 偶联剂处理 × 未处理 ——Al2O3颗粒100 μm －－ Al2O3颗粒0.4μm 图3.15 PP－Al2O3杨氏模量与Al2O3细度、体积分数关系 表明： 1、Al2O3在某一细度范围内，偶联剂处理表面有利于体系性能提高； 2、超过一定细度后，则相反。 * 3.5.2.2 碳纤维及其他纤维表面的化学组成、结构及反应性 石墨纤维整体组成为C、O、N、H及金属 杂质等，而其表面的化学组成为C、H、O等。 硼纤维表面有氧化硼； 碳化硅纤维表面有氧化硅。 碳纤维表面基本上是惰性的，特别是高模量碳纤维。 共同点：都含O 原因：含氧基团的浓度低，反应的活性点稀少 * 碳纤维表面氧的存在形式:低浓度的羟基、羰基、羧基、内酯基 能与树脂基体中反应的基团：环氧基、氨基 * 碳纤维的表面改性： a、增加比表面积； b、增加其表面的含氧基团 60%HNO3 (氧化时间) 表面反应性 (—COOH mol/g) 短梁剪切强度(MPa) 0.066 30.98 2.04 38.64 3.00 42.02 3.60 44.85 5.90 48.30 表3.3 碳纤维表面反应性与环氧复合材料剪切强度的关系 * 12、偶联剂官能团对固化体系热效应及内耗峰影响的原因？ 13、简述增强体表面的物理特性对界面结合性能的影响。 14、为什么玻璃纤维表面常常吸附一层水分子？ * * * 3.3.4 固体表面的临界表面张力 Zisman等发现对于同系的液体，cosθ(前进角)通常是γl的单调函数。 提出： 式中，a、b、 β均为常数。 * 3．3．5浸润的热效应 若将洁净固体表面浸入液体，通常有热释出，即所谓浸润热q浸润，可表示为： 式中，Es为固体表面能，Esl为固-液界面能。 * 浸润热可以用量热法测定 ， 浸润热的大小与固体表面的物理化学性能，即结构、极性、不均匀性以及表面与浸渍液间的相互作用而形成的各种界面现象有关。 需要注意的是： ①复合材料中，作为细微的粉状粒子(0.1mm以下)的浸润热未必与块状固体相同； ②浸润热是以不向固体中渗透、扩散和溶解为前提。 通常浸润热很小，约为几百尔格／厘米2 * 3.3.6 界面的相容性与粘接 在复合材料界面上发生两种材料扩散混合时，相容性成为粘接界面的一个重要因素。 通常，相容性是根据在混合时的吉布斯(Gibbs)的自由能变化△G来确定。 即 △G＜0, 就相容； △G＞0, 就不相容，即不混合。 而△G用混合熵△S和混合热△H来表达，此时有： * 溶解度参数δ：定义为内聚能密度CED的平方根。 内聚能密度CED：从液体（或固体且设体积变化可忽略）物质的一个分子移到离周围分子很远的地方所需的能量。 CED1＝ε11＝ δ12； CED2＝ε22＝ δ22 当ε12＝ 则有： * 3.4 浸润动力学 固－液两种材料接触并浸润的过程，除了由热力学因素决定外，还必须考虑粘接速度这因素。在粘接或复合材料制备过程中主要是流动和硬化这一过程。 3．4．1 浸润的速度过程 当粘结剂涂布于凹凸不平的被粘物时，为了布满其表面，必须要流动才能实现。 设r为被粘物被渗透的毛细管半径、V为液态粘结剂的粘度、X为液体在时间内沿毛细管前进的距离，当施加压力P较大时，则可由Poiseuille式表示： 当液体自然渗透或压力很小时，可认为P=0，此时则有Rideal—Washburn式表示： * 浸润功为： 当， 即发生毛细浸润。 Young公式及上式可得： 故毛细浸润时，速度的浸润张力表达式也可以为： 写成速度表达式则为： 或 * 3．4．2 界面特性对复合粘结体系性能的影响 在复合材料成型时，粘结剂体系中加入辅助材料组成复合粘结体系或将增强体表面处理的情况是很多的。 这里重点介绍一下增强体(或填料)经偶联剂处理后的复合体系粘结特性。 3．4．2．1 偶联剂处理时偶联