复合材料界面及增强材料的表面处理.ppt

第四章界面及增强材料的表面处理2、CM性能除与基体增强剂密切有关外，界面也起至关重要作用，CM性能并不能其组分材料的简单加和，而是产生了1+1>2的协同效应。3.CM为什么会产生协同效应？4.为什么CM断裂能比其组成材料树脂和纤维大很多倍？所以4.2树脂基复合材料界面结构与组成界面示意图：三、复合材料界面的作用力：4.3复合材料界面作用机理：粉粒填料、纤维被基体良好的润湿至关重要。由方程式：W＝γL+γS+γSL——<1>COSθ=(γS-γSL)/γL——<2>γ值的量度：每单位长度力或每单位面积的能，通常用测定临界表面张力的方法来研究CM中填料的γ。固液间界面张力估算的公式：γSL＝γS+γL-2Ф（γS×γL）1/2式中Ф是固体和液体摩尔体积有关的量。例：玻纤γS≈250×10-5N/cmUPγL≈35×10-5N/cm二、化学键理论：2、应用实例：例：1）有洗偶联剂不含与基体起反应的活性基因，有较好的处理效果。（不能解释）2）光弹研究发明，基体树脂从固化放热冷却到50摄氏度，可产生115MPA的径向压力、58MPA的横向压力。这种热应力足以使材料破坏。-----这种热应力如何松弛呢？三、过渡层理论：所以在此理论之上又提出2、拘束层理论（抑制层理论）：四、可逆水解理论2、柔性膜：4.4树脂基复合材料的界面设计：4、界面设计除考虑CM界面粘附的力学性能，还需要考虑下述因素：二、复合材料界面的改善方法：3、制成弹性界面相方法：4、聚合包覆刚性粒子：4.5增强及填充材料的表面处理<1>极性相似原则：众所周知，如果CM界面粘接仅仅凭分子间的作用力，尽管这种界面有一定的粘接强度，但抗腐蚀耐湿性、老化性能仍然是低水平的。所以粘接的界面必须具备既有分子间作用力又有化学健力；所以在选择表面处理剂时，除考虑上述两原则外，同时必须考虑选用的表面处理剂是否具有能与增强剂表面及树脂起化学反应的反应集团，以及起化学反应热力学上的可能性大小与成建的量化条件。复合材料制成之后（多在高温下），界面存在两种应力：复合材料制成之后（多在高温下）。界面存在两种应力：这是因为界面层在CM中所占成分很大，将可塑界面引入到复合材料中，实则是一个整体增韧，不是用xj增韧树脂，所以不会出现降低材料刚性和耐温性地可能。（对耐高温地CM，由于基体树脂固化过程交联度高，导致脆性大、韧性差，常采用从树脂中掺xj来提高韧性，但则同时牺牲材料的部分刚性和耐温性。）并非CM界面粘附越强，力学性能越好，因为太强导致呈脆性，反而降低某些性能，所以提高填料特别是纤维与树脂基体间粘附的同时应使CM具有一定厚度的柔性界面层，有利于界面应力松弛，从而消除内应力。一类为淀粉-油类（纺织助剂），此类妨碍粘合，在制CM时应除去。1、结构通式：RnSiX4-n例：A－151（乙烯基三乙氧基硅烷）与玻纤作用：这样，硅烷偶联剂通过化学键与玻纤表面牢固结合，在玻纤表面上生成了中的R基团向外的有机硅单分子层，还有以物理吸附引起的沉积层，如图所示：<2>硅醇的硅羧基之间以及硅醇硅羧基与玻纤表面硅羧基之间形成氢键：这样硅烷偶联剂与玻纤表面以－Si―O―Si―化学键结合，同时在玻纤表面缩聚成膜，形成了有机R基团朝外的结构。X=OCH2CHOCH3：A、硅烷偶联剂水解后不稳定，会自行缩聚而产生沉淀失效（单体和低聚硅烷醇可溶于水，但其高聚物易从溶液中沉淀出来），所以水溶性硅烷偶联剂配制后应在12小时内使用，放置过久会失效。（KH－570）A－174（γ－甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷）为满足特殊性能需要，近年来又开发了许多新品种：3、迁移法：（效果差）将偶联剂直接加到树脂胶液中掺和，借偶联剂从树脂胶液向玻纤表面“迁移”作用与玻纤表面发生反应，产生偶联作用。例：异丙基三（二辛焦磷酸酯）钛酸酯（TTOPP－38）例：双（二辛基焦磷酸酯）氧乙酸酯钛酸酯：写成配位式：<1>与无机物表面的自由质子反应可形成单分子层的化合物。由于表面处理后在界面处不存在多分子层及其沉淀物，以及钛酸酯的特殊化学结构，就会引起表面能的改变，并导致在使用过量偶联剂时系统粘度降低，这种现象在硅烷偶联剂使用时没有。不同硅烷每克最小涂覆表面积与其分子量关系（经计算得到）例：欲处理材料的比表面积为7m2/g，由表查KH－560偶联剂的最小涂覆面积为330m2/g，欲处理该100g材料，则所需偶联剂用量为：<1>处理方法的影响：前处理法效果优于后处理法。<2>烘熔温度的选择：T过低不起反应，T过高又会引起偶联剂分解和自聚等不良后果<3>烘熔时间的选择：为提高生产效率应采用高温短时的烘熔制度。<4>处理液的配制及使用对效果的影响：特别应严格控制处理液的PH值（以保证偶联效应）。CF表面处理大体有如下作用：指碳纤维表面在气相氧化剂（如空气、O2、O3等）中被氧化的方法