复合材料的界面状态解析.pptVIP

式中，Es为固体表面能，Esl为固-液界面能。02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：013．3．5浸润的热效应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：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；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。1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。2即△G＜0,就相容；3G＞0,就不相容，即不混合。4而△G用混合熵△S和混合热△H来表达，此时有：53.3.6界面的相容性与粘接溶解度参数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＝1则有：2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浸润动力学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，当施加压力尸较大时，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：3．4．1浸润的速度过程浸润功为：01当，即发生毛细浸润。02Young公式及上式可得：03故毛细浸润时，速度的浸润张力表达式也可以为：04写成速度表达式则为：05或06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界面特性对复合粘结体系性能的影响偶联剂官能团的特性，是在粘结剂复合固化过程中，可以引起体系固化速度的改变。同一官能团对不同固化体系的固化速度的改变是不同的。环氧树脂和用硅烷处理过的SiO2组成的复合物的放热效应见表3．1。3．4．2．1偶联剂处理时偶联剂官能团的特性作用硅烷的有机官能团固化剂ZΔT(℃)氨乙基哌嗪固化剂ΔT(℃)未处理-22-25胺基-6-30二元胺-9-13多元胺-2-31阳离子苯乙烯基-6+2环氧基-6-39表3．1不同硅烷偶联剂对环氧固化体系热效应的影响30g树脂中加5gSiO2，SiO2用0.5％硅烷溶液处理。01偶联剂官能团对固化体系热效应及内耗峰影响的原因：02官能团参与反应；03优先吸附引起的现象。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。图3.13偶联剂分子结构及偶联结构对GF／UP体系流变性的影响具体实例：植物纤维增强石膏玻璃纤维增强石膏3.5增强体表面特性及对复合材料界面结合的影响理解增强体表面特性的分类；掌握增强体表面物理特性及对界面结合的影响；掌握增强体表面化学特性及对界面结合的影响；掌握玻璃纤维的结构及反应性。本节要点215增强体的表面特性及对复合材料界面结合的影响复合材料基本性能界面结合情况4增强材料的性能、含量及分布情况3基体材料的性能及含量6如何体现？增强体的表面特性的分类及作用：决定界面粘结的好坏增强体表面的物理特性;判断增强体的活性决定界面粘结的效果增强体的表面能。增强体表面的化学特性;增强体表面的物理特性与界面结合01物理特性02比表面积03多孔性04极性05结构均一性06结晶特性073.5.1.1比表面积对界面的影响：是导致复合材料中的界面存在并引起界面效应的根本所在。一般认为：增强体的比表面越大，与基体结合的物理界面大，对粘合强度的贡献大。当然存在浸润的因素。纤维种类密度（g/cm3）直径d（um