复合材料原理第3章.ppt

玻璃纤维 玻璃纤维 线性结合 网络架结合 钛酸酯偶联剂 硅烷偶联剂 3.4.2.2 偶联剂分子结构及偶联结构的影响 增强体在用不同偶联剂处理时，由于分子结构的不同，会影响到粘结剂对增强体的浸润效果，也会影响到复合体系的流动特性。 * 3.5 增强体表面特性及对复合材料界面结合的影响 1）、理解增强体表面特性的分类； 2）、掌握增强体表面物理特性及对界面结合的影响； 3）、掌握增强体表面化学特性及对界面结合的影响； 4）、掌握玻璃纤维的结构及反应性。 本节要点 * * 恒温、恒压条件下，任何物质都有自动向自由能减小的方向移动的趋势，因此，表面能也有自动减小的趋势。 降低表面能的措施： 1）、通过自动收缩表面积实现； 2）、通过降低比表面能来实现。 * 3．3．2 表面吸附作用 吸附： 是一种物质的原子或分子附着在另一物质表面上的现象，或者说，物质在相的界面上，浓度发生自动变化的现象。 固体吸附的原因： 由于固体表面质点处于力场不平衡的状态，即具有表面能，这一不平衡的力场为了趋于平衡态，可以吸附别的物质而得到补偿，以降低表面能(表面自由能)，所以固体表面自动地吸附那些能够降低其表面自由能的物质。 吸附过程是放热反应，解吸过程是吸热的。 吸附按作用力的性质，分为物理吸附和化学吸附。 * 3.3.2.1 物理吸附 当固体表面的原子的原子价被相邻的原子所饱和，表面分子与吸附物之间的作用力是分子间引力（范德华力）。 特点： 1）、无选择性，吸附量相差较大； 2）、吸附可呈单分子层或多分子层； 3）、物理吸附、解吸速度较快，易平衡。 一般在低温下进行的吸附是物理吸附。 * 3.3.2.2 化学吸附 当固体表面的原子的原子价被相邻的原子所饱和，还有剩余的成键能力，在吸附剂及吸附物之间还有电子转移生成化学键的吸附。 特点： 1）、有选择性； 2）、只能单分子吸附，且不易吸附或解吸； 3）、平衡慢。 1）、无选择性，吸附量相差较大； 2）、吸附可呈单分子层或多分子层； 3）、物理吸附、解吸速度较快，易平衡。 * * 3.3.3 粘附功及浸润现象 3.3.3.1 粘附功与内聚功 将AB界面（1cm2）分离为A、B两个面时所需的功称为粘附功。表示为： 图3.4 粘附功与内聚功 * 对于单一物质，相应的即为内聚功WAA可表示为： 式中WAB为A，B两表面的粘附功， 分别为表面张力及AB的界面张力。 * 3.3.3.2 接触角 浸润现象 定义：固液接触后，体系的吉布斯自由能降低，就称为浸润。 分类 * * * * * * * * * 图3.5 液滴在固体表面形态 设液滴发生微小位移时，使覆盖固体的面积改变了△A，如图，伴随的表面自由能变化△G是： 或 平衡时 于是 在这类吸附浸润中，处于平衡态时 的浸润功W为： 为固—液界面的粘附功， * 式 称为Young公式， 而式 称为Dupre公式。 θ角称为液相与固相之间的接触角，其确切定义为在气、液、固三相交界处的气-液界面与固—液界面之间的夹角。 由Dupre式可知， 当θ＝0时，界面的粘附功最大： 由此可知，接触角可以衡量液体对固体的浸润效果。 由Young式，可以得到： 当θ＝180时： * 由此可知： * * 影响接触角的因素： 1.表面的粗糙度 2. 接触角的滞后 3.3.3.3 不均匀表面的接触角 当固体表面不均匀时，接触角可以用经验的方法来确定。 对粗糙表面: 当θ真实90°，当R值增大的时候，θR将会降低。 当θ真实90°，当R值增大的时候，θR将会增加。 或 对于由各种不同的小片组成的复合表面： * 3.3.3.4 接触角的滞后 液体对固体表面的浸润随运动状态不同而不同，可以显示出不同的接触角数值，如图。通常称较大的角为前进角θa，较小的接触角称后退接触角θr，两者的相差值θa-θr，称为接触角的滞后效应。 图3.7水滴在玻璃表面的滴淌 图3.8 玻璃纤维在液态树脂中的浸润状态 玻璃表面 纤维 * * 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