复合材料的界面精.ppt

复合材料的界面第1页，本讲稿共39页2复合材料的界面复合材料的界面复合材料的界面复合材料的界面:指基体与增强物之间指基体与增强物之间化学成分化学成分化学成分化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、有显著变化的、构成彼此结合的、能起能起载荷传递作用载荷传递作用载荷传递作用载荷传递作用的微小区域。的微小区域。概述概述概述概述界面通常界面通常界面通常界面通常可能可能可能可能包含以下几个部分：包含以下几个部分：基体和增强物的部分基体和增强物的部分原始接触面原始接触面原始接触面原始接触面；基体与增强物基体与增强物生成的反应产物生成的反应产物生成的反应产物生成的反应产物；基体和增强物的基体和增强物的互扩散层互扩散层互扩散层互扩散层；增强物上的增强物上的表面涂层表面涂层表面涂层表面涂层；基体和增强物上的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氧化物及它们的反应产物之间的接触面氧化物及它们的反应产物之间的接触面氧化物及它们的反应产物之间的接触面等。等。第2页，本讲稿共39页3界面的机能界面的机能界面的机能界面的机能归纳为以下几种效应归纳为以下几种效应:1)传递效应传递效应传递效应传递效应 将外力传递给增强物将外力传递给增强物将外力传递给增强物将外力传递给增强物，起到桥梁作用。，起到桥梁作用。2)阻断效应阻断效应阻断效应阻断效应 阻止裂纹扩展阻止裂纹扩展阻止裂纹扩展阻止裂纹扩展、中断材料破坏中断材料破坏中断材料破坏中断材料破坏、减缓应力集中减缓应力集中减缓应力集中减缓应力集中3)不连续效应不连续效应不连续效应不连续效应 在界面上产生在界面上产生物理性能的不连续性物理性能的不连续性物理性能的不连续性物理性能的不连续性的现象的现象4)散射和吸收效应散射和吸收效应散射和吸收效应散射和吸收效应 光波、声波等在界面光波、声波等在界面产生散射和吸收产生散射和吸收产生散射和吸收产生散射和吸收5)诱导效应诱导效应诱导效应诱导效应 增强物增强物的的的的表面结构表面结构表面结构表面结构使聚合物基体与之接触的物质的结构使聚合物基体与之接触的物质的结构由于诱导作用由于诱导作用由于诱导作用由于诱导作用而发生改变而发生改变而发生改变而发生改变，由此产生一些现象，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热，由此产生一些现象，如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等。性等。复合材料的界面机能复合材料的界面机能复合材料的界面机能复合材料的界面机能第3页，本讲稿共39页4复合材料中的界面复合材料中的界面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多层结构的过渡区域多层结构的过渡区域，界，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。的点间的区域。复合材料中的界面构成复合材料中的界面构成复合材料中的界面构成复合材料中的界面构成复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有如还具有如下特点：下特点：(1)具有一定的厚度；具有一定的厚度；(2)性能在厚度方向上有一定的梯度变化；性能在厚度方向上有一定的梯度变化；(3)随环境条件变化而改变随环境条件变化而改变。第4页，本讲稿共39页5聚合物基复合材料界面的形成及作用机理聚合物基复合材料界面的形成及作用机理聚合物基复合材料界面的形成及作用机理聚合物基复合材料界面的形成及作用机理1.界面的形成两个阶段：基体与增强材料的接触与浸润过程；基体与增强材料通过相互作用使界面固定阶段界面层的结构包括：界面的结合力、界面区域的厚度和界面的微观结构通常对纤维进行表面处理以增强界面结合力第5页，本讲稿共39页6 物质表面层中的分子与本体中的分子二者所处的力场是不同的。物质表面层中的分子与本体中的分子二者所处的力场是不同的。以与饱和蒸汽相接触的液体表面分子与内部分子受力情况为例：以与饱和蒸汽相接触的液体表面分子与内部分子受力情况为例：l-g界面（液体表面）界面（液体表面）（1）界面张力、表面自由能、比表面能）界面张力、表面自由能、比表面能2.2.界面作用机理界面作用机理界面作用机理界面作用机理第6页，本讲稿共39页7 当一液滴在固体表面上不完全展开时，在气、液、固三当一液滴在固体表面上不完全展开时，在气、液、固三相会合点，液相会合点，液-固界面的水平线与气固界面的水平线与气-液界面切线之间通过液体内液界面切线之间通过液体内部的夹角部的夹角，称为接触角。，称为接触角。固体表面的润湿程度可以由液体分子对其表面的作用力大小来表固体表面的润湿程度可以由液体分子对其表面的作用力大小来表征。征。原来的固原来的固-气界面被新的固气界面被新的固-液界面置换的过程。液界面置换的过程。（）润湿与接触角（）润湿与接触角润湿润湿接触角（接触角（）第7页，本讲稿共39页8A.A.界面浸润理论界面浸润理论界面浸润理论界面浸润理论浸润角的概论浸润角的概论浸润角的概论浸润角的概论完全浸润将使基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的内聚强度完全浸润将使基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的内聚强度完全浸润将使基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的内聚强度完全浸润将使基体与填充剂间的粘结强度将大于基体的内聚强度(a)不完全浸润不完全浸润(b)不浸润不浸润良好的浸润性良好的浸润性良好的浸润性良好的浸润性，只是两个组元间可达到，只是两个组元间可达到良好粘结良好粘结的必要条件，并非充分条件的必要条件，并非充分条件界面发挥作用的微观机理界面发挥作用的微观机理第8页，本讲稿共39页9当三力平衡时，处于平衡态，则有，当三力平衡时，处于平衡态，则有，即即杨氏方程杨氏方程 讨论：讨论：第9页，本讲稿共39页10B.B.化学键理论化学键理论化学键理论化学键理论偶联剂作用机理偶联剂作用机理偶联剂作用机理偶联剂作用机理强调增加界面的化学作用是强调增加界面的化学作用是强调增加界面的化学作用是强调增加界面的化学作用是改进复合材料性能的关键改进复合材料性能的关键改进复合材料性能的关键改进复合材料性能的关键硅烷偶联剂硅烷偶联剂具有两种性质不同的官能团，一端为亲玻璃纤维的官能团具有两种性质不同的官能团，一端为亲玻璃纤维的官能团(X)，一端为亲树，一端为亲树脂的官能团脂的官能团(R)，将玻璃纤维与树脂粘结起来，在界面上形成，将玻璃纤维与树脂粘结起来，在界面上形成共价键结合共价键结合第10页，本讲稿共39页11填充、增强材料的表面处理填充、增强材料的表面处理为了改进增强纤维与基体之间的界面结构，改善两者间的结合性能，需为了改进增强纤维与基体之间的界面结构，改善两者间的结合性能，需要对增强纤维进行适当的表面处理。要对增强纤维进行适当的表面处理。表面处理的方法是在增强纤维表面涂覆上一种称为表面处理剂的物质，包括表面处理的方法是在增强纤维表面涂覆上一种称为表面处理剂的物质，包括浸润剂、偶联剂等其它助剂，以制造与基体间好的粘结界面。浸润剂、偶联剂等其它助剂，以制造与基体间好的粘结界面。第11页，本讲稿共39页12 粉状颗粒的表面处理技术粉状颗粒的表面处理技术 无无机机粉粉体体填填料料与与有有机机高高聚聚物物的的不不相相容容性性，重重视视研研究究改改善善粉粉体体填填料的表面性质。料的表面性质。1 1、硅烷偶联剂、硅烷偶联剂 ；2 2、钛酸酯类偶联剂；、钛酸酯类偶联剂；钛酸酯偶联剂的结构及偶联机理钛酸酯偶联剂的结构及偶联机理 结构通式：结构通式：(RO)m Ti-(OX-R-Y)n第12页，本讲稿共39页13 (RO)(RO)为钛酸酯和无机填料进行化学结合的官能团；为钛酸酯和无机填料进行化学结合的官能团；-Ti(O-Ti(O)部部分分为为钛钛酸酸酯酯的的有有机机骨骨架架，与与聚聚合合物物的的羧羧基基之之间间进进行相互交换，起酯基和烷基转移反应；行相互交换，起酯基和烷基转移反应；X X部部分分是是和和分分子子核核心心软软相相结结合合的的基基团团，对对钛钛酸酸酯酯的的性性质质有有着重要影响；着重要影响；R R是是长长链链分分子子基基团团，起起缠缠绕绕作作用用，能能与与热热塑塑性性树树脂脂缠缠绕绕结结合合在一起，改善冲击性能；在一起，改善冲击性能；Y Y为胺基、丙烯酸、烃基及末端氢原子等；为胺基、丙烯酸、烃基及末端氢原子等；m m、n n为为官官能能团团数数。n n2 2时时为为多多官官能能团团的的钛钛酸酸酯酯，可可与与多多官官能能团的热塑性及热固性树脂起作用。团的热塑性及热固性树脂起作用。(RO)m Ti-(OX-R-Y)n第13页，本讲稿共39页14 根根据据分分子子结结构构及及偶偶联联机机理理，钛钛酸酸酯酯偶偶联联剂剂可可分分为为四四种种基基本本类类型。型。1 1 单烷氧基脂肪酸型单烷氧基脂肪酸型 是是目目前前应应用用广广泛泛的的钛钛酸酸酯酯偶偶联联剂剂，如如三三异异硬硬酯酯酰酰基基钛钛酸酸异异丙酯丙酯(TTS)(TTS)。适合范围：适合范围：用用于于不不含含游游离离水水，只只含含化化学学键键合合水水或或物物理理结结合合水水的的干干燥燥填填料体系。料体系。EgEg：碳酸钙、水合氧化铝等。碳酸钙、水合氧化铝等。第14页，本讲稿共39页152 2 单烷氧基焦磷酸酯基型单烷氧基焦磷酸酯基型适合范围适合范围：用于含湿量较高的填料体系，如陶土、滑石粉等。用于含湿量较高的填料体系，如陶土、滑石粉等。三三(二二辛辛基基焦焦磷磷酰酰氧氧基基)钛钛酸酸异异丙丙酯酯(TTOPP(TTOPP385)385)就就是是典典型型的的单单烷烷氧氧基基焦磷酸酯基型偶联剂。焦磷酸酯基型偶联剂。第15页，本讲稿共39页163 3 螯合型螯合型 适用范围：适用范围：用于高湿填料和含水聚合物体系。用于高湿填料和含水聚合物体系。EgEg：湿湿法法二二氧氧化化硅硅、陶陶土土、滑滑石石粉粉、硅硅酸酸铝铝、水水处处理理玻玻璃璃纤纤维维、炭炭黑等。黑等。这类偶联剂分两种基本类型：这类偶联剂分两种基本类型：螯合螯合100100型型和和螯合螯合200200型型。反应示意如下反应示意如下 ：第16页，本讲稿共39页17螯合螯合200200型与填料表面的反应式型与填料表面的反应式:第17页，本讲稿共39页184 4 配位体型配位体型 适用于许多填充体系。适用于许多填充体系。配位体型钛酸酯偶联剂可以避免一些副反应：配位体型钛酸酯偶联剂可以避免一些副反应：EgEg：1 1、在聚酯中的酯交换反应；、在聚酯中的酯交换反应；2 2、在环氧树脂中与羟基反应；、在环氧树脂中与羟基反应；3 3、在聚氨酯中与聚醇或异氰酸酯反应等。、在聚氨酯中与聚醇或异氰酸酯反应等。其偶联机理与单烷氧基钛酸酯偶联剂类似。其偶联机理与单烷氧基钛酸酯偶联剂类似。第18页，本讲稿共39页19玻璃纤维的表面处理有机铬合物类表面处理剂：有机铬合物类表面处理剂：有机酸与氯化铬的络合物（有机酸与氯化铬的络合物（A A）；以甲基丙烯酸氯化）；以甲基丙烯酸氯化铬配合物（沃兰）应用最为广泛（铬配合物（沃兰）应用最为广泛（B B）第19页，本讲稿共39页20沃兰对玻璃纤维表面的处理机理沃兰对玻璃纤维表面的处理机理1.1.沃兰水解沃兰水解2.2.玻璃纤维表面吸水玻璃纤维表面吸水第20页，本讲稿共39页213.3.沃兰与吸水的玻璃纤维表面反应沃兰与吸水的玻璃纤维表面反应1)1)沃兰之间及沃兰与玻璃纤维表面间形成氢键沃兰之间及沃兰与玻璃纤维表面间形成氢键第21页，本讲稿共39页222)2)干燥干燥，沃兰之间及沃兰与玻璃纤维表面间缩合，沃兰之间及沃兰与玻璃纤维表面间缩合-醚化反应醚化反应沃兰的沃兰的沃兰的沃兰的R R基团及基团及基团及基团及Cr-OHCr-OH将与基体树脂反应，实验证明，粘附强度随纤维表面上铬将与基体树脂反应，实验证明，粘附强度随纤维表面上铬将与基体树脂反应，实验证明，粘附强度随纤维表面上铬将与基体树脂反应，实验证明，粘附强度随纤维表面上铬含量的提高而提高。含量的提高而提高。含量的提高而提高。含量的提高而提高。第22页，本讲稿共39页23有机硅烷类偶联剂有机硅烷类偶联剂 有有机机硅硅烷烷是是一一类类品品种种很很多多，效效果果也也很很显显著著的的表表面面处处理理剂剂，其其一一般般结结构通式为：构通式为：R Rn nSiXSiX4-n4-n X X基团与玻璃纤维表面的作用机理：基团与玻璃纤维表面的作用机理：硅烷偶联剂处理玻璃纤维通常经历四个阶段：硅烷偶联剂处理玻璃纤维通常经历四个阶段：开始时在偶联剂开始时在偶联剂SiSi上的三个不稳定的上的三个不稳定的x x基团发生水解；基团发生水解；随后缩合成低聚体；随后缩合成低聚体；这些低聚体与基质表面上的这些低聚体与基质表面上的-OH-OH形成氢键形成氢键;最最后后在在干干燥燥或或固固化化过过程程中中与与基基质质表表面面形形成成共共价价键键并并伴伴随随着少量的水。着少量的水。R R为为有有机机基基团团，是是可可与与合合成成树树脂脂作作用用形形成成化化学学键键的的活活性性基基团团,如如不不饱饱和和双双键键、环环氧氧基、氨基等；基、氨基等；X X为为易易水水解解的的基基团团，如如甲甲氧氧基基、乙乙氧氧基等。基等。n n1 1，2 2，3 3 绝大绝大多数多数n n1 1第23页，本讲稿共39页24R R基团与树脂基体的作用机理：基团与树脂基体的作用机理：以以R R基基团团为为乙乙烯烯基基CHCHCHCH2 2与与不不饱饱和和聚聚酯酯树树脂脂中中的的不不饱饱和和双双键键的反应为例：的反应为例：第24页，本讲稿共39页25新品种硅烷偶联剂新品种硅烷偶联剂 硅烷偶联剂是偶联剂中最重要的一大类型，除了目前已广泛应用硅烷偶联剂是偶联剂中最重要的一大类型，除了目前已广泛应用的几十种外，近来又开发了许多新的品种，下面介绍主要的几个的几十种外，近来又开发了许多新的品种，下面介绍主要的几个品种。品种。耐高温型耐高温型硅烷偶联剂硅烷偶联剂第25页，本讲稿共39页26 过氧化物型过氧化物型硅烷偶联剂硅烷偶联剂 特特点点：一一是是偶偶联联作作用用的的获获得得是是通通过过过过氧氧化化物物热热裂裂解解，而而不不是是通通过过烷烷氧氧基基团团的的水水解解；二二是是偶偶联联作作用用不不局局限限于于玻玻璃璃纤纤维维增增强强塑塑料料，而是适用于一大类相似或不相似物质之间的偶联。而是适用于一大类相似或不相似物质之间的偶联。第26页，本讲稿共39页27阳离子型阳离子型硅烷偶联剂硅烷偶联剂 阳阳离离子子硅硅烷烷，除除了了具具有有一一般般水水解解型型硅硅烷烷的的性性质质外外，还还同同时时具具有有阳离子表面活性剂的作用，可改善无机物在树脂中的分散性。阳离子表面活性剂的作用，可改善无机物在树脂中的分散性。第27页，本讲稿共39页28 水溶性水溶性硅烷偶联剂硅烷偶联剂 其化学名称为二聚氮什酰胺基三甲氧基硅烷。它是一种水溶性偶其化学名称为二聚氮什酰胺基三甲氧基硅烷。它是一种水溶性偶联剂，在分子主链上含有硅氧烷功能基团和氨基反应活性基团，其效联剂，在分子主链上含有硅氧烷功能基团和氨基反应活性基团，其效果与果与A-A-偶联剂相当。偶联剂相当。第28页，本讲稿共39页29 叠氮型叠氮型硅烷偶联剂硅烷偶联剂 第29页，本讲稿共39页30偶联剂的品种及其应用范围偶联剂的品种及其应用范围 偶偶联联剂剂能能有有效效地地提提高高玻玻璃璃纤纤维维与与树树脂脂基基体体的的粘粘结结强强度度，所所以以，国国内内外外都都进进行行了了大大量量的的研研究究工工作作。目目前前国国内内生生产产的的常常用用偶偶联联剂剂有有沃沃兰兰、A A151151、KHKH550550、KHKH560560、NDND4242、B B201201、B B202202等等。经经每每种种偶偶联联剂剂处处理理后后的的玻玻璃璃纤纤维维，都都有有自自己己相相应应的的树树脂脂基体适用范围。基体适用范围。Eg:Eg:1)1)、KHKH570570对不饱和聚配树脂处理效果最好；对不饱和聚配树脂处理效果最好；2 2）、A A151151、A A172172对对1 1，2 2聚聚丁丁二二烯烯树树脂脂和和丁丁苯苯树树脂脂最最有有效；效；3 3）、）、KHKH560560对环氧树脂最好；对环氧树脂最好；4 4）、）、KHKH550550对酚醛树脂、聚酰亚胺效果最好；对酚醛树脂、聚酰亚胺效果最好；5 5）、沃沃兰兰处处理理的的玻玻璃璃纤纤维维对对大大部部分分树树脂脂都都有有较较好好效效果果，且且价价格格便便宜，是一种最常用的偶联剂。宜，是一种最常用的偶联剂。第30页，本讲稿共39页311.1.前处理法：前处理法：前处理法：前处理法：在玻璃纤维抽丝过程中涂覆表面处理剂，增强型处理剂在玻璃纤维抽丝过程中涂覆表面处理剂，增强型处理剂在玻璃纤维抽丝过程中涂覆表面处理剂，增强型处理剂在玻璃纤维抽丝过程中涂覆表面处理剂，增强型处理剂2.2.后处理法：后处理法：后处理法：后处理法：A.A.先除去抽丝过程涂覆在纤维表面的纺织浸润剂（洗涤法和热处理法）先除去抽丝过程涂覆在纤维表面的纺织浸润剂（洗涤法和热处理法）先除去抽丝过程涂覆在纤维表面的纺织浸润剂（洗涤法和热处理法）先除去抽丝过程涂覆在纤维表面的纺织浸润剂（洗涤法和热处理法）B.B.纤维经浸渍。水洗、烘干，使纤维表面上覆上一层处理剂纤维经浸渍。水洗、烘干，使纤维表面上覆上一层处理剂纤维经浸渍。水洗、烘干，使纤维表面上覆上一层处理剂纤维经浸渍。水洗、烘干，使纤维表面上覆上一层处理剂C.C.关键在于处理剂浓度的控制、处理剂的配制及烘干工艺关键在于处理剂浓度的控制、处理剂的配制及烘干工艺关键在于处理剂浓度的控制、处理剂的配制及烘干工艺关键在于处理剂浓度的控制、处理剂的配制及烘干工艺3.3.迁移法：迁移法：迁移法：迁移法：将化学处理剂加入到树脂中，在复合的同时，处理纤维表面将化学处理剂加入到树脂中，在复合的同时，处理纤维表面将化学处理剂加入到树脂中，在复合的同时，处理纤维表面将化学处理剂加入到树脂中，在复合的同时，处理纤维表面用表面处理剂处理玻璃纤维的方法用表面处理剂处理玻璃纤维的方法用表面处理剂处理玻璃纤维的方法用表面处理剂处理玻璃纤维的方法第31页，本讲稿共39页32碳纤维的表面处理碳纤维的表面处理1 碳纤维表面处理的碳纤维表面处理的目的和意义目的和意义 碳碳纤纤维维的的表表面面处处理理就就是是为为了了改改善善其其表表面面结结构构和和性性能能，采采取取针针对对性性的的措措施施，使使之之获获得得与与基基体体材材料料很很好好地地粘粘结结，从从而而达达到到提提高高其其复复合合材材料料层层间间剪剪切切强强度度、断断裂裂韧韧性性、尺尺寸寸稳稳定定性性及及界界面面的的抗湿性。抗湿性。2 碳纤维表面处理的碳纤维表面处理的方法及作用效果方法及作用效果处理机理：处理机理：清清除除碳碳纤纤维维表表面面杂杂质质，在在碳碳纤纤维维表表面面刻刻蚀蚀沟沟槽槽或或形形成成微微孔孔以以增增大大表表面面积积，从从类类似似石石墨墨层层面面改改性性成成碳碳状状结结构构以以增增加加碳碳纤纤维维表表面面能能，或或者者引入具有极性或反应性的官能团以形成与树脂起作用的中间层。引入具有极性或反应性的官能团以形成与树脂起作用的中间层。第32页，本讲稿共39页33(1)表面浸涂有机化合物表面浸涂有机化合物 将将碳碳纤纤维维像像纺纺织织中中的的浆浆纱纱一一样样，使使与与含含有有反反应应性性端端基基的的树树脂脂相相接接触触，如如将将羟羟端端基基的的丁丁二二烯烯丙丙烯烯酸酸共共聚聚物物、硫硫醇醇基基的的丁丁二二烯烯丙丙烯烯酸酸共共聚聚物物、聚聚缩缩水水甘甘油油醚醚或或脂脂环环族族环环氧化合物等涂覆于纤维表面。氧化合物等涂覆于纤维表面。也可浸涂异氰酸酯或有机金属化合物等以改善其界面粘结性。也可浸涂异氰酸酯或有机金属化合物等以改善其界面粘结性。(2)表面涂覆无机化合物表面涂覆无机化合物 表面上沉积无定形碳表面上沉积无定形碳 方方法法：一一是是在在电电阻阻炉炉中中加加热热到到1200，然然后后与与甲甲烷烷氮氮混混合合气气体体相相接接触触，使使甲甲烷烷在在热热碳碳纤纤维维表表面面分分解解，以以形形成成无无定定形形碳碳涂涂层层。另另一一种种方方法法是是先先浸浸涂涂聚聚喹喹恶恶啉啉溶溶液液，再再经经过过干干燥燥后后，于于1600下裂解后得到碳纤维。下裂解后得到碳纤维。第33页，本讲稿共39页34加涂碳化物加涂碳化物涂敷于碳纤维上的碳化物主要有如下几种：涂敷于碳纤维上的碳化物主要有如下几种：1）、用化学气相沉积）、用化学气相沉积(CVD)的方法加涂碳化硅；的方法加涂碳化硅；将碳纤维在高温下与四氯化硅将碳纤维在高温下与四氯化硅氢混合气体相接触。氢混合气体相接触。2）、加涂碳化硼）、加涂碳化硼；将碳纤维在高温下与三氯化硼将碳纤维在高温下与三氯化硼氢混合气体相接触。氢混合气体相接触。3）、加涂碳化铬；）、加涂碳化铬；先先使使每每克克碳碳纤纤维维吸吸附附0.8m1左左右右的的醋醋酸酸铬铬溶溶液液，然然后后在在120下下干干燥燥，再再在在1200电电阻阻炉炉中中停停留留15-20s，以以便便分分解解成成碳碳化化铬铬的的化合物沉积于碳纤维表面。化合物沉积于碳纤维表面。4）、涂卤化金属或硼氮化合物等。）、涂卤化金属或硼氮化合物等。第34页，本讲稿共39页35(3)表面化学处理表面化学处理酸处理酸处理 碳碳纤纤维维经经氢氢溴溴酸酸或或氢氢碘碘酸酸处处理理后后，可可提提高高纤纤维维的的导导热热性性和和结结晶晶性性，经经强强氧氧化化性性酸酸如如发发烟烟硝硝酸酸或或发发烟烟硫硫酸酸等等处处理理后后，使使表表面面氧氧化化，降低了导热和导电性，尤其适宜作消融性材料。降低了导热和导电性，尤其适宜作消融性材料。注意：已被逐渐淘汰而改用氧或臭氧及潮湿空气氧化的方法。注意：已被逐渐淘汰而改用氧或臭氧及潮湿空气氧化的方法。臭氧氧化法臭氧氧化法 臭氧的产生可用无声放电和光化学反应等方法。臭氧的产生可用无声放电和光化学反应等方法。氨处理氨处理 可可用用各各种种热热源源使使碳碳纤纤维维温温度度达达1000以以上上，然然后后通通入入10-100氨和无氧化性气体，如氮、氩、氢、氦等混合气。氨和无氧化性气体，如氮、氩、氢、氦等混合气。第35页，本讲稿共39页36盐溶液处理盐溶液处理 先先浸浸涂涂甲甲酸酸、乙乙酸酸、硝硝酸酸等等的的铜铜铅铅钻钻等等盐盐类类溶溶液液，然然后后在在空空气气或或氧氧气气中中于于200600下下氧氧化化，使使碳碳纤纤维维表表面面粗粗糙糙而而达达到到改改善善界面。界面。(4)电解氧化处理电解氧化处理 用用含含活活性性氯氯5.25的的次次氯氯酸酸钠钠溶溶液液（PH=11）作作为为电电解解液液，电电流流密密度度为为2.512mA/cm2,将将碳碳纤纤维维在在其其中中停停留留210min，经经过洗涤和干燥。过洗涤和干燥。(5)等离子体处理等离子体处理 有高温和低温两种有高温和低温两种:高高温温：使使含含有有5一一15氩氩的的混混合合气气体体中中产产生生等等离离子子体体，温温度度为为4000K，最高达，最高达8000K。低低温温：在在惰惰性性气气体体、温温度度为为0-150、真真空空度度为为100-300kPa下下产产生生等离子。等离子。第36页，本讲稿共39页37 碳碳纤纤维维表表面面经经氧氧、氯氯、氨氨、烯烯烃烃、炔炔烃烃等等各各种种气气体体等等离离子子体处理后，其物化性能发生显著变化，最重要的有如下几方面。体处理后，其物化性能发生显著变化，最重要的有如下几方面。表面浸润性的变化表面浸润性的变化 碳碳纤纤维维表表面面经经等等离离子子体体处处理理后后，其其被被浸浸润润速速度度和和浸浸润润吸吸附附量量均均有显著增加。有显著增加。强度和直径的变化强度和直径的变化 实实质质上上等等离离子子体体处处理理是是对对纤纤维维表表面面作作了了蚀蚀刻刻，碳碳纤纤维维强强度度和直径都会受影响和直径都会受影响 表面组成的变化表面组成的变化 有有机机等等离离子子体体一一般般由由有有机机气气体体自自由由基基组组成成，在在碳碳纤纤维维表表面面形成聚合层。形成聚合层。由由此此可可见见，碳碳纤纤维维表表面面处处理理对对提提高高复复合合材材料料的的剪剪切切强强度度是是一一个个十十分重要的因素，其他还会影响表面积、官能团和浸润性增加等。分重要的因素，其他还会影响表面积、官能团和浸润性增加等。第37页，本讲稿共39页38 有机纤维的表面处理技术有机纤维的表面处理技术研究背景：研究背景：1 1、KevlarKevlar纤纤维维树树脂脂复复合合材材料料的的界界面面粘粘结结好好，由由于于其其纤纤维维容容易易轴轴向向劈劈裂，导致其复合材料层间剪切强度和抗压缩强度不高；裂，导致其复合材料层间剪切强度和抗压缩强度不高；2 2、KevlarKevlar纤维容易吸水，从而影响复合材料界面层的特性。纤维容易吸水，从而影响复合材料界面层的特性。通通过过研研究究KevlarKevlar纤纤维维表表面面改改性性和和调调节节基基体体树树脂脂及及其其界界面面层层的的特特性性来来改进复合材料的剪切强度。改进复合材料的剪切强度。方法：方法：1 1、采采用用在在KevlarKevlar纤纤维维金金属属化化后后，再再与与正正溴溴代代十十八八烷烷、溴溴代代醋醋酸酸等进行反应；等进行反应；2 2、不同气体下等离子体处理、不同气体下等离子体处理 ；3 3、用用含含有有异异氰氰酸酸基基的的弹弹性性聚聚合合物物与与KevlarKevlar纤纤维维表表面面发发生生反反应；应；4 4、采用带活性基团的柔性高分子稀溶液进行表面涂层。、采用带活性基团的柔性高分子稀溶液进行表面涂层。第38页，本讲稿共39页39作业1.复合材料界面有哪几种机能？2.复合材料界面形成分为哪两个阶段？3.如何判断材料表面被浸润的情况？4.玻璃纤维表面处理的方法有哪些？简要说明硅烷偶联剂的作用机理。5.为什么要对碳纤维进行表面处理，处理的方法有哪些？第39页，本讲稿共39页