复合材料增强体的界面性与表面改性 ppt课件.ppt

The end of this section 除了D和G谱带，大约在1235和1520cm-1附近出现两个谱带，一般标示为D′和G′。 Reality D′谱带 G′谱带 碳纤维表面存在多烯类结构或金刚石微晶结构 对应于sp2键合形式的无定形碳或者内部缺陷 SEM分析 AFM分析 XPS能谱分析 碳纤维表面C 1s峰拟合谱图 辐照氧化处理的碳纤维表面元素XPS图 纤维增强体表面性能 表面润湿性能 碳纤维与润湿液的接触角可利用下列公式求得 浸润接触角(o)； 水力常数； 纤维束高度(cm)； 浸润液的表面张力(N/m)； 纤维束未浸润时质量(g)； 浸润时间(min)； t时刻的浸润液的质量(mg) 干湿表面单位表面自由能差(N/m)； 碳纤维密度(kg/m3)； 浸润液的粘度(Pa·s)； 碳纤维单丝直径(μm)； 纤维束在样品管中的空隙率(%)； 浸润液的密度(kg/m3)； 体系的总体积(cm3)； 纤维束内液体体积(cm3)； Δγ― ρf― η― df― ε― ρ― VT― Vl― θ― K― H― γl― Wf― t― m― 孔隙率 物理吸附 范德华力 小，近于液化热 无 单或多分子层 快，不需活化能 可逆 低于吸附质临界温度 化学键力 大，近于反应热 有 单分子层 慢，需活化能 不可逆 远高于吸附质沸点 化学吸附 吸附力 吸附热 选择性 吸附层 吸附速度 可逆性 发生吸附的温度 吸附性质 (2)单位质量的吸附剂所吸附气体物质的量。 (1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积。 吸附量通常有两种表示方法： 吸附等温线的类型 从吸附等温线可以反映出吸附剂的表面性质、孔分布以及吸附剂与吸附质之间的相互作用等有关信息。 常见的吸附等温线有如下5种类型：(图中p/ps称为比压，ps是吸附质在该温度时的饱和蒸汽压，p为吸附质的压力) (1) 吸附是单分子层的； (2) 固体表面是均匀的，被吸附分子之间无相互作用。 Langmuir吸附等温式描述了吸附量与被吸附蒸汽压力之间的定量关系。他在推导该公式的过程引入了两个重要假设： 设：表面覆盖度θ = V/Vm Vm为吸满单分子层的体积 则空白表面为(1 -θ ) V为吸附体积 r(吸附)=kap( 1-θ ) r(脱附)=kdq Langmuir吸附等温式 得： r(吸附)=kap( 1-θ ) = r(脱附)=kdθ kap(1 -θ )=kdθ 设α = ka/kd 这公式称为 Langmuir吸附等温式，式中α 称为吸附系数，它的大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。 达到平衡时，吸附与脱附速率相等。 重排后可得：p/V = 1/Vma + p/Vm 这是Langmuir吸附公式的又一表示形式。用实验数据，以p/V~p作图得一直线，从斜率和截距求出吸附系数a和铺满单分子层的气体体积Vm。 BET公式 由Brunauer-Emmett-Teller三人提出的多分子层吸附公式简称BET公式。 他们接受了Langmuir理论中关于固体表面是均匀的观点，但他们认为吸附是多分子层的。当然第一层吸附与第二层吸附不同，因为相互作用的对象不同，因而吸附热也不同，第二层及以后各层的吸附热接近于凝聚热。 在这个基础上他们导出了BET吸附二常数公式。 式中两个常数为c和Vm，c是与吸附热有关的常数，Vm为铺满单分子层所需气体的体积。p和V分别为吸附时的压力和体积，ps是实验温度下吸附质的饱和蒸汽压。 BET公式 为了使用方便，将二常数公式改写为： 用实验数据 对 作图，得一条直线。从直线的斜率和截距可计算两个常数值c和Vm，从Vm可以计算吸附剂的比表面积（S）： Am是吸附质分子的截面积，要换算到标准状态(STP)。 复合材料界面性能表征 ILSS—层间剪切强度(MPa); Pb—破坏载荷(N); b—试样宽度(mm); h—试样厚度(mm)20 Three-parameters exponential pattern 增强体的表面改性 碳纤维表面处理的目的可归结为： 去除可能阻碍碳纤维表面一些活性点的表面污物； 去除最弱连接的碳层，在纤维表面形成微孔和刻蚀沟槽，使表面积增大，有利于两相之间的物理结合（即锚固效应）； 形成树脂能穿透的微域地形，增加了微力学锁合效应； 创造新的活性点，引进或嫁接具有极性或反应性的基团以及形成与树脂起反应的中间层，从而改善碳纤维与基体之间的粘结，使其形成良好的界面，提高复合材料的力学性能。 对于碳纤维增强复合材料来说： 增强体的表面改性 气相氧化法是一种设备简单，操作方便，处理速度快，处理效果好，可与碳纤维生产线相匹配的一种处