资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章,复,复合材,料,料的界,面,面,(4,学时,),上一章,第一节,研,研究复,合,合材料,界,界面的,重,重要性,第二节,高,高聚物,复,复合材,料,料界面,的,的形成,及,及作用,机,机理,第三节,填,填充、,增,增强材,料,料的表,面,面处理,第四节,复,复合材,料,料界面,分,分析技,术,术,Chapter 6I,nterface,ofPolymer MatrixLearningObjectives,理解复,合,合材料,界,界面的,形,形成和,作,作用机,理,理；,了解填,充,充、增,强,强材料,的,的表面,处,处理方,法,法；,掌握复,合,合材料,的,的界面,分,分析技,术,术；,第一节,研,研究,复,复合材,料,料界面,的,的重要,性,性,一、界,面,面：由,于,于复合,材,材料是,由,由两种,或,或两种,以,以上的,化,化学性,质,质或物,理,理相不,同,同的材,料,料组成,的,的，所,以,以除了,材,材料的,本,本体性,质,质、表,面,面性质,外,外，还,有,有由于,不,不同材,料,料之间,相,相互接,触,触所产,生,生的共,有,有的接,触,触面，,也,也就是,界,界面。,二、重,要,要性：,1.,无论是金属,材,材料、陶瓷,材,材料还是高,聚,聚物构成的,复,复合材料，,其,其界面是在,热,热、力学以,及,及化学等环,境,境条件下形,成,成的体系，,具,具有十分复,杂,杂的结构，,因,因而对复合,材,材料的影响,也,也是巨大；,2.,高聚物许多,有,有价值的功,能,能，都是通,过,过其表面与,外,外在环境的,接,接触面形成,的,的界面来作,贡,贡献的；,3.,材料的性质,的,的优劣在很,大,大程度上取,决,决于界面相,互,互作用的结,果,果,;,4.,界面层成为,复,复合材料组,成,成的一部分,，,，它的组成,、,、结构与性,能,能，是由填,充,充、增强材,料,料与基体材,料,料的组成及,它,它们间的反,应,应性能所决,定,定的，因此,在,在复合前必,须,须对填充、,增,增强材料的,表,表面进行研,究,究及改性。,三、复合材,料,料界面的设,计,计原则,第二节 高,聚,聚物复合材,料,料界面的形,成,成及作用机,理,理,一、界面层,的,的形成,1.,增强材料与,高,高聚物间界,面,面的形成首,先,先要求增强,材,材料与基体,之,之间能够浸,润,润和接触，,是,是界面形成,的,的第一阶段,;,2.,能否浸润，,这,这主要取决,于,于它们的表,面,面自由能，,即,即表面张力,，,，表面张力,是,是物质的主,要,要表面性能,之,之一,;,3.,表面分子所,特,特有的位能,，,，就称为表,面,面能或表面,自,自由能,;,4.,外界为增加,表,表面积所消,耗,耗的功就叫,做,做表面功。,5.,表面张力的,计,计算：,6,.,增强材料与,基,基体材料之,间,间界面形成,的,的第二阶段,就,就是增强材,料,料要与基体,材,材料间通过,相,相互作用而,使,使界面固定,下,下来，形成,固,固定的界面,层,层,;,7.,界面层是由,于,于复合材料,中,中增强材料,表,表面与基体,材,材料表面的,相,相互作用而,形,形成的，或,者,者说界面层,是,是由增强材,料,料与基体材,料,料之间的界,面,面以及增强,材,材料和基体,材,材料的表面,薄,薄层构成,;,8.,界面层的作,用,用是使基体,材,材料与增强,材,材料形成一,个,个整体，并,通,通过它传递,应,应力。,二、界面层,的,的作用机理,1.,化学键理论,化学链理论,认,认为增强材,料,料与基体材,料,料之间必须,形,形成化学键,才,才能使粘结,界,界面产生良,好,好的粘结强,度,度，形成界,面,面。,2.,弱边界层理,论,论,边界层内存,在,在有低强度,区,区城，别称,为,为弱边界层,;,在聚合物基,体,体内部，形,成,成弱边界层,的,的原因可能,是,是由以下的,因,因素造成的,.(1),是由于聚合,过,过程中所带,入,入的杂质,;(2),是聚合过程,中,中末完全转,化,化的低相对,分,分子质量物,质,质；,(3),是加入的各,种,种助剂的影,响,响；,(4),是在商品贮,存,存及运输过,程,程中不慎带,入,入的杂质等,。,。,3.,物理,(,浸润,),吸附理论,基体树脂与,增,增强材料之,间,间的结合主,要,要是取决于,次,次价力的作,用,用，粘结作,用,用的优劣决,定,定于相互之,间,间的浸润性,;,4.,机械粘结理,论,论,机械粘结的,关,关键是被粘,物,物体的表面,必,必须有大量,的,的槽沟、多,孔,孔穴，粘合,剂,剂经过流动,、,、挤压、浸,渗,渗而填入到,这,这些孔穴内,，,，固化后就,在,在孔穴中紧,密,密地结合起,来,来，表现出,较,较高的粘合,强,强度。,第三节,填,填充、增强,材,材料的表面,处,处理,高聚物复合,材,材料是由填,充,充或增强材,料,料与基体树,脂,脂两相组成,的,的，两相之,间,间存在着界,面,面，并通过,界,界面的作用,使,使两种不同,种,种类的材料,结,结合在一起,，,，使复合材,料,料具备了原,单,单一组成材,料,料所不能体,现,现出来的性,能,能,;,一些常用的,填,填充、增强,材,材料的表面,处,处理理论及,具,具体实施的,方,方法,:,一、玻璃纤,维,维的表面处,理,理,玻璃纤维的,主,主要成分是,硅,硅酸盐，与,高,高聚物的界,面,面粘合性不,好,好，因此常,常,常要采用有,机,机硅烷偶联,剂,剂与有机铬,合,合物偶联剂,对,对玻璃纤维,的,的表面进行,处,处理；,由于通过这,两,两种不同的,基,基团的反应,，,，能够把两,种,种不同性质,的,的材料连接,起,起来，因此,称,称为偶联剂,。,。,（一）表面,的,的处理机理,：,：,1.,首先为硅烷,偶,偶联剂水解,：,：,2.,硅醇之间进,行,行缩合反应,，,，形成低聚,体,体,;,3.,吸水玻璃纤,维,维的表面与,硅,硅醇之间形,成,成氢键：,(4),最后干燥脱,水,水，玻璃纤,维,维表面与硅,酵,酵之间形成,共,共价键,;,（二）表面,处,处理的方法,：,：,A.,在玻璃纤维,清,清洁的表面,涂,涂敷硅烷偶,联,联剂；,B.,在玻璃纤维,纺,纺丝的过程,中,中就用硅烷,偶,偶联剂进行,处,处理；,C.,在玻璃纤维,增,增强高聚物,成,成型时，把,偶,偶联剂直接,掺,掺混到基体,当,当中去。,（三）偶联,剂,剂的作用机,理,理,二、碳纤,维,维的表面处,理,理,1.,氧化法,氧化法主要,有,有气相氧化,法,法、液相氧,化,化法、阳极,氧,氧化法,;,2.,沉积法,沉积法是指,在,在高温及还,原,原性气氛中,，,，使烃类、,金,金属卤化物,等,等以碳、碳,化,化物的形式,在,在碳纤维表,面,面形成沉积,膜,膜或生长晶,须,须，从而可,对,对碳纤维表,面,面进行改性,;,3.,电沉积与电,聚,聚合法,电沉积法就,是,是利用电化,学,学的方法使,聚,聚合物层均,匀,匀而致密地,覆,覆盖在碳纤,维,维的表面上,;,电聚合的方,法,法是以碳纤,维,维作为电极,，,，以一些单,体,体溶解在溶,剂,剂中为电解,液,液。,4.,等离子体处,理,理法：,等离子体是,一,一种全部或,者,者部分电离,了,了的气体状,态,态物质，含,有,有原子、分,子,子、离子亚,稳,稳态和激发,态,态，并且电,子,子、正离子,与,与负离子的,含,含量大致相,等,等，因而称,为,为等离子体,。,。,等离子体共,有,有三种,:,即高温,(,热,),等离子体、,低,低温,(,冷,),等离子体、,混,混合等离子,体,体。,三、粉末填,料,料的表面处,理,理,1.,单烷氧基脂,肪,肪酸型,2.,单烷氧基焦,磷,磷酸酯型,3.,螯合型,4.,配位体型,作业题：,举例说明界,面,面层的作用,机,机理；,说明复合材,料,料界面分析,技,技术研究方,法,法特点。,第四节,复,复合材料界,面,面分析技术,一、红外光,谱,谱研究,1.,高聚物界面,的,的红外光谱,的,的表示方法,：,：,透射光谱法,，,，表面研磨,法,法，内反射,光,光谱法，漫,反,反射光谱法,、,、反射,-,吸收光谱法,等,等；,2.,红外光谱运,用,用举例：,二、电子显,微,微镜法,电子显微镜,的,的分类：,A.,透射电子显,微,微镜,(TEM):,(1),试样要求：,试,试样必须是,对,对电子有高,透,透明度的材,料,料，,为,使电子束透,过,过，样品的,厚,厚度在,0.2um,以下，最好,是,是,0.05um,为宜；,(2),使用,TEM,可研究聚合,物,物合金内部,的,的结构和分,散,散状态；交,联,联聚合物的,网,网络、交联,程,程度和交联,密,密度以及聚,合,合,物的结晶形,态,态等。,B.,扫描电子显,微,微镜,(SEM):,磨平，抛光,，,，镀金，观,察,察,;,(2),研究高聚物,复,复合材料，,包,包括纤维增,强,强复合材料,以,以及高聚物,与,与金属粘合,的,的复合材料,等,等，可以通,过,过观察复合,材,材料破坏表,面,面的形貌来,评,评价纤维与,树,树脂、金属,与,与高聚物界,面,面的粘结性,能,能，以及结,构,构和力学性,能,能之间的关,系,系,;,返回,
展开阅读全文