聚合物基复合材料聚合物基复合材料界面.ppt

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
1cm3玻璃块 6cm2
8um的玻璃纤维 5000cm2
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是指基体与增强物之间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,但它是有尺寸的,约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。
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基体和增强物的部分原始接触面;
基体与增强物相互作用生成的反应产物,此产物与基体及增强物的接触面;
基体和增强物的相互扩散层;
增强物上的表面涂层;
基体和增强物上的氧化物及它们的反应产物之间的接触面等。
界面通常包含以下几个部分:
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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,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,这一界面区由几个亚层组成:
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在化学成分上,除了基体、增强物及涂层中的元素外,还有基体中杂质和由环境带来的杂质。
这些成分或以原始状态存在,或重新组合成新的化合物。
界面上的化学成分和相结构很复杂
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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。
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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,形成固定的界面层。
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在复合材料制备过程中,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”。
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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σSV 、液体表面张力σLV及固-液界面张力σSL有关。
σLV
σSV
σSL
σSL
σSV
σLV
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它们与浸润角之间存在如式(4-1)关系:
①若σSV < σSL 则cosθ<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σLV> σSV - σSL >0时,则1 >cosθ>0, θ<90°,液体能浸润固体;
③若σLV= σSV - σSL 时,则cosθ=1, θ=0°,这时液体完全浸润固体;
④若σSV - σSL > σLV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)
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