聚合物基复合材料聚合物基复合材料界面.ppt

1影响复合材料性能的因素: ?增强材料性能?基体性能?复合材料的结构及成型技术?复合材料中的纤维和基体界面的结合状态第4章聚合物基复合材料的界面第八次课 1cm 3玻璃块 6cm 2 8um 的玻璃纤维 5000cm 2 2 是指基体与增强物之间化学成分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。 界面的基本概念 Interface 复合材料的界面虽然很小很小,但它是有尺寸的, 约几个纳米到几个微米几个纳米到几个微米,是一个区域或一个带、或一层,它的厚度呈不均匀分布状态。 3 ?基体和增强物的部分原始接触面部分原始接触面; ?基体与增强物相互作用生成的反应产物生成的反应产物,此产物产物与基体及增强物的接触面与基体及增强物的接触面; ?基体和增强物的相互扩散层扩散层; ?增强物上的表面涂层表面涂层; ?基体和增强物上的氧化物及它们的反应产物之间氧化物及它们的反应产物之间的接触面的接触面等。界面界面通常通常包含以下几个部分: 4 ??复合材料中的界面复合材料中的界面并不是一个单纯的几何面,而是一个多层结构的过渡区域多层结构的过渡区域,界面区是从与增强剂内部性质不同的某一点开始,直到与树脂基体内整体性质相一致的点间的区域。外力场树脂基体基体表面区相互渗透区增强材料表面区增强材料从结构上来分,这一界面区界面区由几个亚层几个亚层组成: 5 ?在化学成分上,除了基体基体、增强物增强物及涂层中的涂层中的元素元素外,还有基体中杂质基体中杂质和由环境带来的杂质由环境带来的杂质。 这些成分或以原始状态存在,或重新组合成新的化合物。?界面上的化学成分化学成分和和相结构相结构很复杂 6界面的作用? :界面能传递力,桥梁作用。? :阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。? :物理性能的不连续性? :光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收; ? :一种物质(通常为增强物)的表面结构使另一种(通常为聚合物基体)与之接触的物质的结构由于诱导作用而发生改变,由此产生一些现象。 7 界面的形成与作用机理? 界面的形成 : ?第一阶段是基体与增强纤维的第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润接触与浸润; ; 增强纤维会吸附那些能降低其表面能的物质,并优先吸附那些能较多降低其表面能的物质, ?第二阶段是聚合物的第二阶段是聚合物的固化固化。在此过程中聚合物通过物理或化学的变化而固化,形成固定固定的界面层。 8 ,通常都存在一个液体对固体的相互浸润。浸润:不同的液滴放在不同的固体表面上,有时液滴会马上铺展开来,遮盖固体表面,这一现象称为浸润, 有时液滴会仍团聚成球状,这一现象称为“不浸润”或“浸润不好”。 9 浸润角: 即气~液界面与液~固之间的夹角液体对固体的浸润能力,可以用浸润角θ来表示: θ< 90 °浸润; θ≥ 90 °不浸润; θ=0 °完全浸润,θ=180 °完全不浸润; 浸润角的大小,与固体表面张力σ SV、液体表面张力σ LV及固-液界面张力σ SL有关。σ LV σ SVσ SLσ SLσ SVσ LV 10 它们与浸润角之间存在如式( 4-1 )关系: ???? cos LV SL SV?? LV SL SV?????? cos ①若σ SV < σ SL则 cos θ<0, θ >90 °,液体不能浸润固体;当θ=180 °时,表面完全不浸润,液体呈球状; ②若σ LV > σ SV - σ SL >0 时,则 1 > cos θ>0 ,θ<90 °,液体能浸润固体; ③若σ LV = σ SV - σ SL时, 则 cos θ=1 ,θ=0 °,这时液体完全浸润固体; ④若σ SV - σ SL > σ LV时,则液体在固体表面完全浸润( θ=0 °) 时仍未达到平衡而铺展开来。( 4-1 )