复合材料界面2.pptVIP

复合材料界面与设计

;复合材料界面理论;浸润性理论;图1浸润和不浸润的界面;浸润性好有利于两相的界面接触，但浸润性不是界面粘接的唯一条件。

例如，氯丙基硅烷的外表张力为48.8mN／m，溴苯基硅烷的外表张力为49.4mN／m，它们的外表张力大，但却对不饱和聚酯无效；

乙烯基硅烷的外表张力只有33.4mN／m，却是对不饱和聚酯有效的偶联剂；乙基硅烷的外表张力与乙烯基硅烷相似，对不饱和聚配却是无效的。;;;;;;;;环氧树脂对新鲜的E玻纤外表浸润件好、但粘接性却不好，界面耐水老化性也差，但假设用胺丙基硅烷处理E玻纤，对环氧的浸润性下降。但界面的粘接性却提高。

因此，浸润性理沦虽然对复合材料界面有一定的指导意义，但是许多界面现象单凭浸润理论是难以解释的，因此人们提出了其他理论。;

化学键理论认为要使两相之间实现有效的粘接，两相的外表应含有能相互发生化学反响的活性基团，通过官能团的反响以化学键结合形成界面。假设两相之间不能直接进行化学反响，也可通过偶联剂的媒介作用以化学键互相结合，如图2所示。;;化学键理论是应用最广、也是应用最成功的理论。硅烷偶联剂就是在化学键理论根底上开展的用来提高基体与玻璃纤维间界面结合的有效剂。硅烷偶联剂一头可与破纤外表以硅氧键结合，另一端可参与与基体树脂的固化反响。通过硅烷偶联剂的媒介作用，基体与增强纤维实现了界面的化学键结合，有效地提高了复合材料的性能。;但是，化学键理论也不是十全十美的，有些现象难用化学键理论作出令人满意的解释。

如有些偶联剂不含有与基体树脂起反响的活性基团，却有较好的处理效果。按化学键理论，基体与增强剂之间的偶联剂只要单分子层就行，但实际上偶联剂在增强纤维外表不是单分子层结构，而有多层结构。;碳纤维，有机纤维外表处理是化学键理论应用实例，

通过等离子体。辐照等处理，在纤维外表产生－COOH、

－OH等含氧活性基团，提高与环氧基体的反响能力，形

成界面化学键，大大提高黏结强度。;;图M40碳纤维外表SEM图片;可逆水解理论;

;

对水产生排斥作用。由于偶联剂与???璃外表上的硅醇的反灾能力比水强。所以在竞争对水产寸排斥。然而这种反响物遇水可以水解．使键断裂。这种键的形成与断裂，对界面上的水不断地产生排斥作用。

由于这种动态平衡，使界面上应力松弛，偶联剂参与了树脂固比反响．成为固化树脂的一局部。这样．偶联剂的一端与树脂形成了一层刚件较强的聚合硬膜，这层膜与坡璃的界面代表了玻璃与树脂的界面．当键受水解后产生的游离硅醇处在两个很近的刚性外表之间而无处可去，又结成原来链．或者由于界面上的应力集中使键断裂后，两刚性界面发生相对滑移．在新的位置上形成新键。这洋，使界面上保持应力的松弛状态。;这种键的形成-断裂-形成的动态结合状态随树脂与增强体外表始终保持一定的粘合强度。当受到应力作用时，可以滑动，使键断裂．当滑到新的位置时、又形成新键，这是一种力学动态平衡，在界面建立了化学动力学平衡。;当生成柔性聚合膜时，上述的可逆平衡不能成立。当处理剂与增强材料间的键水解后产生的硅醇会随着柔性高聚物外表收缩回去，不能与临近的羟基重新成键。因此不能形成动态可逆的平衡吸附层。另外，柔性聚合物缩回去后，界面上就留下了空隙，水就可能趁机攻击树脂和界面，导致界面脱粘。;摩擦理论;该理论可较好地解释复合材料界面受水等低分子物质浸入后强度下降，枯燥后强度又能局部恢复的特点。小分子浸入界面使基体与增强材料间的摩擦系数减小，界面传递应力的能力减弱，故强度降低。枯燥后界面水分减少，基体与增强材料间的摩擦系数增大，传递应力的能力增加，故强度局部恢复。;过渡层理论;扩散理论;;;;;;静电理论;酸碱作用理论;;偶联剂;②硅醇的硅羟基之间以及硅醇硅羟基与玻纤外表硅羟基之间形成氢键：;②硅羟基之间脱水形成-Si-O-Si-键：;有机铬偶联剂

有机铬偶联剂的通式如下：;有机铬偶联剂的作用机理与有机硅烷类似，可表示如下：;;钛酸酯类偶联剂

单烷氧基类钛酸酯;单烷氧基钛酸酯与填料外表的反响原理为：;配位型

如：;钛酸酯按其分子结构，可具有六种功能：;表1有机骨架对性能的影响;表2官能团Y的效果;玻璃纤维增强塑料界面

玻纤外表有很强的吸水性：

吸附的水可是多分子层的：

;在碱性条件下，玻纤骨架可因如下反响破坏：;偶联剂在破纤外表的结构;聚合物基复合材料界面原那么;改善树脂基体对增强材料的浸润;适度的界面黏结;减少复合材料成型中的剩余应力;剩余应力的估算;剩余应力的测试

激光拉曼光谱〔LRS〕可以用来测定界面剩余应力。

复合材料受外力后，界面层任何两个原子离开平衡位置并在新的位置发生