第六章 复合材料的界面处理技术

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 复合材料的界面处理技术,增强材料的界面处理技术,粉状颗粒的表面处理技术,基体材料的改性技术,11/30/2024,1,6.1,增强材料的界面处理技术,一、玻璃纤维的表面处理,1,、表面处理的定义,在增强体表面涂覆一种称为表面处理剂的物质,。（表面处理剂包括浸润剂及一系列偶联剂和助剂等物质。,2,、表面处理的目的及意义,11/30/2024,2,11/30/2024,3,处理剂对复合材料耐水性的改善也有显著的效果：,水煮时间,(h),强度保留率（,%,）,未处理,热清洗,沃兰,KH560,A-151,A-174,原始强度,(,MPa,),252.0,326.0,324.0,258.0,303.0,338.0,2,69.9,74.8,84.3,106.0,96.0,93.3,8,53.9,61.3,70.9,94.4,92.4,98.6,24,54.0,59.3,55.8,78.7,82.2,85.4,48,50.6,56.9,52.2,63.9,69.6,67.2,72,48.8,54.3,49.8,57.7,63.2,61.2,各种处理方式对,不饱和聚酯玻璃钢水煮后弯曲强度保留率,11/30/2024,4,3,、玻璃纤维表面处理方法及影响因素,玻纤表面处理方法,将偶联剂加入到上述浸润剂中，在拉丝过程中表面处理剂就被覆到玻璃纤维表面上。,前处理法,11/30/2024,5,迁移法,此法分两步进行，先用洗涤法或灼烧法出去拉丝过程中涂覆再玻纤表面的纺织型浸润剂，再经处理剂溶液浸渍、烘焙、水洗、烘干等工艺使玻纤表面被覆上一层偶联剂。,后处理法,将化学处理剂直接加入到树脂中进行整体掺和，在浸胶的同时将偶联剂施于玻璃纤维上，借处理剂从树脂胶液中到纤维表面的“迁移”作用而与纤维表面发生反应，从而在树脂固化过程中产生偶联作用。,11/30/2024,6,偶联剂用量及影响处理效果的因素,偶联剂用量,偶联剂实际用量高于理论计算值，理论计算量可作为估算偶联剂用量的依据之一，实际用量要通过实验确定。,11/30/2024,7,影响处理效果的因素,处理方法的影响,烘焙温度的选择,烘焙时间的选择,处理液的配置及使用对处理效果的影响,11/30/2024,8,碳纤维表面改性方法有五种：,二、碳纤维的表面处理,1,、碳纤维表面处理的目的及意义,2,、碳纤维表面处理方法及作用效果,碳纤表面处理方法,表面浸涂有机化合物,表面浸涂无机化合物,表面化学处理,电解氧化处理,等离子体处理,11/30/2024,9,表面树脂的最佳含量为,0.9,1.6,。,(,质量比,),表面浸涂有机化合物,11/30/2024,10,表面涂覆无机化合物,表面沉淀无定型碳,两种涂层方法：,1200,下，碳纤维与甲烷氮混合气体相接触，甲烷分解形成无定型碳，涂覆于热碳纤维表面。,聚喹噁啉溶液浸涂碳纤维，再经过干燥后，于,1600,下裂解得到无定型碳涂覆层。,加涂碳化物,11/30/2024,11,化学气相沉淀法加涂碳化硅。,高温下碳纤维与四氯化硅氢混合气体相接触，发生表面反应涂碳化硅。,加涂碳化硼。,高温下碳纤维与三氯化硼氢混合气体相接触，高温表面反应，涂碳化硼。,加涂碳化铬。,先使碳纤维吸附醋酸铬液，于,120,下干燥，再在,1200,下停留,15,20s,，分解形成的碳化铬沉淀于碳纤维表面。,11/30/2024,12,1000,下的碳纤维与,10,100,氨和无氧化性气体的混合气混合。,表面化学处理,酸处理（已淘汰）,臭氧氧化法,氨处理,11/30/2024,13,先将碳纤维浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的铜铅钴等盐类溶液，然后在,200,600,下与空气或氧气接触，产生各种活性基团和物理效应。,盐溶液处理,参见,P,85,图,6.6 P,86,表,6.4,电解氧化处理,于室温,(25),下用含活性氯,5.25%,的次氯酸钠溶液,(PH=11),作为电解液,电流密度为,2.5,12mA/cm,2,将碳纤维在其中停留,2,10min,经过洗涤和干燥。,11/30/2024,14,11/30/2024,15,碳纤维,密度,（,g/cm,3,）,抗张强度,（,MPa,）,抗张模量,（,GPa,）,CFC,抗弯强度,(,MPa,),CFC,抗弯模量,(,GPa,),CFC,层间剪切强度,(,MPa,),未处理,1.925,2192,524,834,243,21.7,处理后,未变,517,882,234,58.9,碳纤维电解处理前后性能的比较,11/30/2024,16,等离子体处理,等离子态,等离子态又叫做物质的第四态,它是气体,不过其原子失去电子形成自由电子和正离子。,因为两者的量相等因此又叫做等离子态,它可导电而且受磁场影响,热气体中,因为原子高速碰撞而造成电离现象,形成等离子态,太阳内部的气体就是其中一个例子。低温气体,负电子和正离子会再结合,因此不会形成等离子态。在萤光灯内,存在低压汞蒸汽及一些惰性气体,在高电压下,电子急剧加速,碰撞而造成更多电子及正离子,形成等离子态,过程中汞原子被激发至激发态,由激发态跃至基态,发出电磁波,主要为紫外辐射,紫外辐射投射到管壁的荧光粉时,再转为可见光。,11/30/2024,17,高温等离子体处理,4000K,8000K,下，使含,5,15,氩的混合气体中产生等离子体。,低温等离子体处理,0,150,下，惰性气体、真空度为,100300kPa,下产生等离子体。,冷等离子体,碳纤维表面经氧、氮、氨、烯烃、炔烃等各种气体等离子体处理后，其物化性能发生显著变化，最重要的有：,11/30/2024,18,碳纤维表面,抗张强度（,MPa,）,直径（,m,）,未经等离子体处理,3120,6.45,已经等离子体处理,3070,6.36,损失率,1.6,2.30,经等离子体处理后纤维强度和直径变化,表面浸润性的变化,强度和直径的变化,浸润速度和浸润吸附量均有显著增加。,表面组成的变化,11/30/2024,19,11/30/2024,20,三、有机纤维的表面处理技术,1,、,Kevlar,纤维的特性,抗压缩强度和抗剪切强度低,皮,芯结构。纵向强度高，横向强度低,具有高的拉伸强度和拉伸模量,容易吸水,2,、,Kevlar,纤维的表面处理方法,将纤维金属化后，再与溴代十八烷等反应，使纤维表面形成长链烷烃分子或活性基团，如：,11/30/2024,21,等离子体处理技术,在,NH,3,气体等离子体处理,Kevlar,纤维表面时，有可能把,NH,2,引入到,Kevlar,纤维中大分子的苯环；,若在可聚合的单体气体中等离子体处理,Kevlar,纤维表面，则可发生接枝反应；,可以通过控制接枝聚合物的不同结构来设计不同性能的界面层。,采用含有异氰酸基的增强聚合物处理,采用带活性基团的柔性稀溶液进行表面涂层,11/30/2024,22,6.2,粉状颗粒的表面处理技术,一、钛酸酯偶联剂的应用方法,粉体,偶联剂,120,干燥,预处理粉体,基体树脂,复合,预处理法,11/30/2024,23,偶联剂与无机填料、基体树脂、助剂直接一次性混合。,直接处理法,二、其他表面处理剂,聚烯烃低聚物,不饱和有机酸,锆类偶联剂,11/30/2024,24,6.3,基体材料的改性技术,一、聚烯烃系列基体的改性,1,、聚乙烯的改性技术,交联,采用过氧化物进行交联,采用辐照技术进行交联,氯化,以四氯化碳和三氯甲烷作为溶剂，将高密度聚乙烯混合，在反应器内加热使聚乙烯溶解，然后用液氯进行氯化反应。,11/30/2024,25,共聚,共混,乙烯与丙烯共聚,乙烯与丁烯共聚,乙烯与醋酸乙烯共聚,聚乙烯与橡胶共混,11/30/2024,26,2,、聚丙烯的改性技术,共聚,共混,填充增强,二、其他高分子基体的改性,1,、聚酰胺（尼龙）的共混改性,聚酰胺的特征基团,11/30/2024,27,聚酰胺树脂的特性,优点：,具有良好的机械强度、耐磨性、自润滑性和耐腐蚀性。,缺点：,吸水性差，耐热性差，尺寸稳定性不好。,聚酰胺的用途,轴承、齿轮、凸轮、泵叶轮、垫圈、阀座、容器等,11/30/2024,28,聚酰胺的改性方法,不同聚酰胺之间的共混,聚酰胺与其他聚合物共混,聚酰胺,+,聚乙烯,聚酰胺,+,聚酯,聚酰胺,+,聚砜,聚酰胺,+ABS,聚酰胺,+,硅橡胶,11/30/2024,29,11/30/2024,30,2,、环氧树脂的增韧改性,环氧树脂的特征基团,环氧树脂的特性,缺点,：性脆、韧性不足。,优点,：具有良好的电性能、化学稳定性、粘结性、加工性。,11/30/2024,31,主要方法是：用橡胶或其他柔韧性聚合物增韧环氧树脂。,环氧树脂的改性方法,聚硫橡胶、聚醋酸乙烯、低相对分子质量聚酰胺、低相对分子质量带有端羧基的丁腈共聚物,（,CTBN,）,。,增韧改性用的橡胶有：,3,、酚醛树脂的共混改性,酚醛树脂,苯酚甲醛,11/30/2024,32,目的是增韧,酚醛树脂的改性,酚醛树脂的特性,优点：,其模塑品具有一定的强度，硬度和尺寸稳定性。其隔热、防腐性、防潮性能好。,缺点,：性脆、韧性不足。,酚醛树脂的用途,模塑树脂、层压树脂、粘合树脂、铸型树脂、涂料和粘合剂等。,酚醛,+,聚氯乙烯,酚醛,+,丁腈橡胶,酚醛,+,尼龙,11/30/2024,33,