复合材料界面理论与处理技术.ppt

第四章复合材料界面理论与处理技术;4.1 复合材料界面状态解析4.2 复合体系的界面结合特性4.3 复合体系的界面反应及表面处理;　　复合材料的界面是指基体与增强体之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。 复合材料的界面是一个多层结构的过渡区域，约几个纳米到几个微米。 ;4.1.1.1界面的作用;4.1.1.3 界面效应 界面是复合材料的特征，可将界面的机能归纳为以下几种效应：;（4）散射和吸收效应： 光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击性等。;　 界面效应既与界面结合状态、形态和物理--化学性质等有关，也与界面两侧组分材料的浸润性、相容性、扩散性等密切相联。;4.1.1.4复合材料界面的研究对象;表面处理优化技术;4.1.2 表面与界面化???; 将大块物料粉碎成小颗粒或特大液滴分成小液滴时，需要对物料做功，所消耗的能量转变为表面自由能，一定的物料，粉碎程度愈大，表面积就越大，所具有的表面能就越高。;设物质的面积增加为ΔA，则有; 表面张力是物质的一种待性，它是物质内部分子之间相互作用的一种表现。有关表面张力或界面张力，需要明确： (1)表面张力与物质结构、性质有关。不同物质性质、结构的分子间相互作用力不同，分子间作用力愈大，相应表面张力也愈大。通常：金属键物质(金、银等)＞离子键物质(氧化物熔体、熔盐)＞极性分子物质（水等)＞弱极性物质(丙酮等)＞非极性物质(液H2、液Cl2，等)。 (2)物质的表面张力与它相接触的另一相物质有关。当与不同性质的物质接触时，表面层分子受到的力场不同，致使表面张力不同。 (3)表面张力随温度不同而不同，一般温度升高，表面张力下降。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。;4.1.2.2表面吸附;(1) 化学吸附 衬底原子与被吸附的分子(原子)间发生了类似的化学反应—电子云重新分布或移动—旧的化学键被破坏、新的化学键产生。 化学吸附具有选择性； 由于化学吸附生成化学键，被吸附物是单层的，不易吸附和解析。 吸附平衡慢，有些情况下，吸附剂和吸附物形成稳定的化合物后，就不能解析了。 根据电子云重新分布或移动程度，可将化学吸附分为离子吸附和共价吸附两种。;物理和化学吸附的特点;4.1.2.3粘附功与润湿;二、接触角; 粘合功可表示为：WA = ?SV + ?LV - ? SL= ?LV（1+ cos ? ） 粘合功WA最大时： cos ? =1，即? = 0， WA = 2 ?LV 液体完全平铺在固体表面。 润湿是组分良好粘结的必要条件，并非充分条件。 ; 若 ，则 随R的增加而降低，若 ， 则 随R的增加而增大。 倘若接触角很大，表面又足够粗糙，则液体在固体表面可以截留空气。;接触角滞后 较大的前进接触角 ，较小的后退接触角 ，两者的差值 称为接触角的滞后。产生滞后效应的原因： 1）无论是液体还是固体表面，污染会引起滞后现象； 2）固体表面的粗糙度引起； 3）表面的化学不均匀性引起滞后现象;4.1.3 复合材料组分的相容性 ; ★ 对于韧性基体材料，最好具有较高的热膨胀系数。这是因为热膨胀系数较高的相从较高的加工温度冷却是将受到张应力； ★ 对于脆性材料的增强相，一般都是抗压强度大于抗拉强度，处于压缩状态比较有利 ★ 而对于像钛这类高屈服强度的基体，一般却要求避免高的残余热应力，因此热膨胀系数不应相差太大。 ; ★ 对原生复合材料，在制造过程是热力学平衡的，其两 相化学势相等，比表面能效应也最小。;4.2 复合体系的界面结合特性;4.2.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论;1、界面润湿理论 界面润湿理论是基于液态树脂对纤维表面的浸润亲和，即物理和化学吸附作用。;可通过增强剂的表面改性和聚合物种类改变，调整到一个合适浸润状况。 一般认为表面粗糙度越大，有利于浸润。另外，界面的机械绞合力贡献也会增加。 当表面孔洞对粗糙度起一定作用，并且固化前聚合物不能填入这些孔洞时，固化后界面上会形成不连续。 （如树脂基体分子尺寸约在于100nm，而碳纤维表面上有80％孔径在30nm以下的孔）;2