聚合物基复合材料的界面ppt课件.ppt

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1、第第4章章 聚合物基复合材料的界面聚合物基复合材料的界面 1篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 聚合物基复合材料是由纤维和基体结合为一个聚合物基复合材料是由纤维和基体结合为一个整体，使复合材料具备了原组成材料所没有的性能，整体，使复合材料具备了原组成材料所没有的性能，并且由于并且由于界面的存在界面的存在，纤维纤维和和基体基体所发挥的所发挥的作用作用，是是各自独立各自独立而又而又相互依存相互依存的。的。界面是复合材料组成的重要组成部分，它的结界面是复合材料组成的重要组成部分，它的结构与性能，以及粘合强度等因素，直接关系到复

2、合构与性能，以及粘合强度等因素，直接关系到复合材料的性能。所以，复合材料界面问题的研究有着材料的性能。所以，复合材料界面问题的研究有着十分重要的意义。十分重要的意义。界面研究的意义：界面研究的意义：2篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统主要内容主要内容4.14.1界面的基本概念界面的基本概念4.2 4.2 界面的形成与作用机理界面的形成与作用机理4.34.3界面的破坏机理界面的破坏机理4.44.4纤维的表面处理纤维的表面处理3篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分

3、类型的系统 了解界面结构对材料整体性能的影响，必须先表了解界面结构对材料整体性能的影响，必须先表征界面相的征界面相的化学、物理结构化学、物理结构，厚度厚度和和形貌形貌，粘接强度粘接强度和和残余应力残余应力等，从而可以寻找它们与复合材料性能之等，从而可以寻找它们与复合材料性能之间的关系。间的关系。4篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统什么是复合材料的界面？什么是复合材料的界面？4.1 4.1 界面的基本概念界面的基本概念5篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的

4、系统 许多复合材料的纤维许多复合材料的纤维与基体的粘接性差，为与基体的粘接性差，为了改善两者的粘结性，了改善两者的粘结性，在两相的界面上加入一在两相的界面上加入一些改性剂，如偶联剂等，些改性剂，如偶联剂等，这样在纤维、基体之间这样在纤维、基体之间的界面上，形成一种新的界面上，形成一种新的界面，该界面层的结的界面，该界面层的结构与性能已不同于原来构与性能已不同于原来的两相界面。的两相界面。6篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统我们所说的界面，并非是一个没我们所说的界面，并非是一个没有厚度的理想几何面。实验已证有厚度的理想几何

5、面。实验已证明，两相交接的区域是一个具有明，两相交接的区域是一个具有相当厚度的界面层相当厚度的界面层,即中间相。即中间相。PMC界面区域界面区域(interfacezoneofPMC)示意图示意图1-外力场；外力场；2-树脂基体；树脂基体；3-基体表面区；基体表面区；4-相互渗透区；相互渗透区；5-增强剂表面区；增强剂表面区；6-增强剂增强剂7篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统复合材料界面结构与性能特点：复合材料界面结构与性能特点：i)非单分子层，其组成、结构形态、形貌十分复杂、形式非单分子层，其组成、结构形态、形貌十分

6、复杂、形式多样界面区至少包括：多样界面区至少包括：基体表面层、增强体表面层、基基体表面层、增强体表面层、基体体/增强体界面层三个部分。增强体界面层三个部分。ii)具有一定厚度的界面相（层），其组成、结构、具有一定厚度的界面相（层），其组成、结构、性能性能随厚度方向变化而变化。随厚度方向变化而变化。iii)界面的比表面积或界面相的体积分数很大（尤其是纳界面的比表面积或界面相的体积分数很大（尤其是纳米复合材料）米复合材料）界面效应界面效应显著：复合材料复合效应产生的根显著：复合材料复合效应产生的根源。源。iv)界面缺陷形式多样（包括残余应力）对复合材料性能界面缺陷形式多样（包括残余应力）对复合材料

7、性能影响十分敏感。影响十分敏感。8篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统界面效应：界面效应：物理效应，引起各组分之间互相浸润、扩物理效应，引起各组分之间互相浸润、扩散、相容性、界面自由能结构网络互穿的散、相容性、界面自由能结构网络互穿的变化；变化；化学效应：导致界面上的化学反应，形成化学效应：导致界面上的化学反应，形成新的界面层结构；新的界面层结构；力学效应：引起界面上的应力分布。力学效应：引起界面上的应力分布。9篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 界

8、面在复合材料中的作用是不可忽视的。因此，界面在复合材料中的作用是不可忽视的。因此，界面规律的研究是复合材料的基础理论之一界面规律的研究是复合材料的基础理论之一。10篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统4.2 界面的形成与作用机理界面的形成与作用机理4.2.1 界面的形成界面的形成 复复合合材材料料体体系系对对界界面面要要求求各各不不相相同同，它它们们的的成成型型加加工工方方法法与与工工艺艺差差别别很很大大，各各有有特特点点，使使复复合合材材料料界界面面形形成成过过程程十十分分复复杂杂，理理论论上上可可分分为为两两个阶段。个

9、阶段。（接接触触吸吸附附与与浸浸润润交交互互扩扩散散化化学学结结合合或物理结合）或物理结合）固化固化。化学结合可看作是一种特殊的浸润过程化学结合可看作是一种特殊的浸润过程11篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统在复合材料的制备过程中，要求组分间能牢在复合材料的制备过程中，要求组分间能牢固地结合，并有足够的强度。要实现这一点，固地结合，并有足够的强度。要实现这一点，必须要使材料在界面上形成能量最低结合，通必须要使材料在界面上形成能量最低结合，通常都存在一个液体对固体的相互浸润。常都存在一个液体对固体的相互浸润。第一阶段：第一

10、阶段：增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）时的接触与浸润过程。时的接触与浸润过程。（界面形成与发展的（界面形成与发展的关键阶段）关键阶段）12篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 所谓浸润，即是把不同的液滴放到不同的固体表面上，有时液所谓浸润，即是把不同的液滴放到不同的固体表面上，有时液滴会滴会立即铺展开来立即铺展开来，遮盖固体的表面，这一现象称为，遮盖固体的表面，这一现象称为“浸润浸润”。有时液滴仍有时液滴仍团聚成球状团聚成球状，这一现象称为，这一现象称为“不浸润不浸润”或或“浸润

11、不浸润不好好”。液体对固体的浸润能力，可以用浸润角液体对固体的浸润能力，可以用浸润角来表示来表示 当当9090时，称为浸润；时，称为浸润；当当9090时，称为不浸润；时，称为不浸润；当当=0=0及及180180时，则分别为完全浸润和完全不浸润。时，则分别为完全浸润和完全不浸润。13篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 1805年年Young提出平衡接触角提出平衡接触角与固气、固液和液气界与固气、固液和液气界面自由能有下述关系：面自由能有下述关系：SA=SL+LA cos （4-1）讨论：讨论：若若SA SL,则则cos 9

12、0,液体不能浸润固液体不能浸润固体。当体。当180 时，表面完全不浸润，液体呈球状；时，表面完全不浸润，液体呈球状；若若LA SA-SL时，则时，则1 cos 0,90,液液体能浸润固体；体能浸润固体；若若LA SA-SL时，则时，则cos 1,0，这时液体，这时液体完全浸润固体；完全浸润固体；若若LA SA-SL时时,则液体在固体表面完全浸润（则液体在固体表面完全浸润（0）时仍未达到平衡而铺展开来。）时仍未达到平衡而铺展开来。14篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 从式（从式（41）可知，改变研究体系的）可知，改变研究

13、体系的表面张力表面张力，就能改变接触角，就能改变接触角，即改，即改变系统的润湿情况。固体表面的润湿性变系统的润湿情况。固体表面的润湿性能与其结构有关，改变固体的表面状态，能与其结构有关，改变固体的表面状态，即改变其表面张力，就可以达到改变润即改变其表面张力，就可以达到改变润湿情况的目的，如对增强纤维进行表面湿情况的目的，如对增强纤维进行表面处理，就可改变纤维与基体材料间的润处理，就可改变纤维与基体材料间的润湿情况湿情况15篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第二阶段：第二阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即液态（或粘流

14、态）组分的固化过程，即凝固凝固或或化学反应化学反应。固固化化阶阶段段受受第第一一阶阶段段影影响响，同同时时它它也也直直接接决决定定着着所所形形成成的的界面层的结构。界面层的结构。以以热热固固性性树树脂脂的的固固化化过过程程为为例例，固固化化剂剂所所在在位位置置是是固固化化反反应应的的中中心心，固固化化反反应应从从中中心心以以辐辐射射状状向向四四周周扩扩展展，最最后后形形成成中中心心密密度度大大、边边缘缘密密度度小小的的非非均均匀匀固固化化结结构构，密密度度大大的的部部分分称做胶束或胶粒，密度小的称做胶絮。称做胶束或胶粒，密度小的称做胶絮。在在依依靠靠树树脂脂本本身身官官能能团团反反应应的的固固

15、化化过过程程中中也也出出现现类类似似的的现现象。象。16篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 后后处处理理过过程程：固固-固固界界面面自自身身完完善善与与平平衡衡的过程的过程 17篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统界面的作用：界面的作用：使纤维和基体形成一个整体，通过它传递应使纤维和基体形成一个整体，通过它传递应力。如果纤维表面没有应力，而且全部表面都形力。如果纤维表面没有应力，而且全部表面都形成了界面，则界面区传递应力是均匀的。实践证成了界面，则界

16、面区传递应力是均匀的。实践证明，应力是通过基体与纤维间的粘合键传递的。明，应力是通过基体与纤维间的粘合键传递的。若基体与纤维间的湿润性不好，胶接面不完全，若基体与纤维间的湿润性不好，胶接面不完全，那么应力的传递面积仅为纤维面积的一部分，所那么应力的传递面积仅为纤维面积的一部分，所以为使复合材料内部能均匀传递应力，显示出优以为使复合材料内部能均匀传递应力，显示出优良的性能，要求复合材料的制备过程中形成一个良的性能，要求复合材料的制备过程中形成一个完整的界面区。完整的界面区。18篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统4.2.2

17、4.2.2 界面的作用机理界面的作用机理 在组成复合材料的两相中，一般总有一相以溶液或熔融在组成复合材料的两相中，一般总有一相以溶液或熔融流动状态与另一固相相接触，然后进行固化反应使两相结合流动状态与另一固相相接触，然后进行固化反应使两相结合在一起，在这个过程中，两相间的作用和机理一直是人们关在一起，在这个过程中，两相间的作用和机理一直是人们关心的问题，但至今尚不完全清楚。心的问题，但至今尚不完全清楚。从已有的研究结果总结为以下几种理论，包括：从已有的研究结果总结为以下几种理论，包括：浸润吸附浸润吸附理论理论化学化学键理论键理论扩散扩散理论理论电子静电电子静电理论理论机械联结机械联结理论理论变

18、形层变形层理论理论优先吸附优先吸附理论理论每一理论只能部分解释某每一理论只能部分解释某些现象或某些结果。都有些现象或某些结果。都有一定局限性。实际的界面一定局限性。实际的界面现象复杂的多，需多方面、现象复杂的多，需多方面、多角度加以分析。迄今，多角度加以分析。迄今，未能建立一个统一的界面未能建立一个统一的界面响应理论模型。响应理论模型。19篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统1）浸润吸附理论）浸润吸附理论 浸润吸附理论认为，高聚物的黏结作用可以分为两个阶段：浸润吸附理论认为，高聚物的黏结作用可以分为两个阶段：第一阶段：第一

19、阶段：高聚物大分子借助于宏观布朗运动从溶液或高聚物大分子借助于宏观布朗运动从溶液或熔融体中，移动到被粘物表面；再通过微布朗运动，大分子熔融体中，移动到被粘物表面；再通过微布朗运动，大分子链节逐渐向被粘体表面的极性基体靠近。没有溶剂时，大分链节逐渐向被粘体表面的极性基体靠近。没有溶剂时，大分子链节只能局部靠近表面，而在压力作用下或加热使黏度降子链节只能局部靠近表面，而在压力作用下或加热使黏度降低时，便可与表面靠得很近。低时，便可与表面靠得很近。第二阶段：第二阶段：发生吸附作用。当被粘体与黏结剂分子间距发生吸附作用。当被粘体与黏结剂分子间距0.5nm时，范德华力开始发生作用，从而形成偶极偶极时，范

20、德华力开始发生作用，从而形成偶极偶极键、偶极诱导偶极键、氢键等。键、偶极诱导偶极键、氢键等。20篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 此理论认为此理论认为黏结力决定于次价键力黏结力决定于次价键力，其根据是：，其根据是：同一种黏结剂可黏接各种不同材料；同一种黏结剂可黏接各种不同材料；一般黏结剂与被粘体的惰性很大，它们之间发生化学作一般黏结剂与被粘体的惰性很大，它们之间发生化学作用可能性很小。用可能性很小。Bancroft指出，被粘体对粘结剂吸附越强烈，粘结强指出，被粘体对粘结剂吸附越强烈，粘结强度越高。度越高。浸润性的观点认

21、为浸润性的观点认为：欲使基体能在纤维上铺展，基体的：欲使基体能在纤维上铺展，基体的表面张力表面张力必须要小于必须要小于增强材料或经过偶联剂处理后的临界表增强材料或经过偶联剂处理后的临界表面张力。面张力。双酚双酚A环氧树脂的表面张力为环氧树脂的表面张力为42.51010-5-5 N/m,N/m,聚酯树聚酯树脂为脂为3 351010-5-5 N/m,N/m,，所以要求玻璃纤维的临界表面张力对环，所以要求玻璃纤维的临界表面张力对环氧树脂至少是氧树脂至少是42.51010-5-5 N/m N/m以上以上,对聚酯树脂应在对聚酯树脂应在3 351010-5 5 N/m N/m以上；否则在界面上将会引起空隙

22、。以上；否则在界面上将会引起空隙。21篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统吸附理论的局限性：吸附理论的局限性：实验表明，剥离高聚物薄膜时所需能量达实验表明，剥离高聚物薄膜时所需能量达10104 410108 8 erg(erg(1010-7-7J)/cmJ)/cm2 2,这大大超过了克服分子间力所需的能量，这大大超过了克服分子间力所需的能量，这表明界面上不仅仅有分子间力的作用；这表明界面上不仅仅有分子间力的作用；实验表明，黏接功取决于黏接层剥离的速率，但分子间力实验表明，黏接功取决于黏接层剥离的速率，但分子间力的强弱不应取

23、决于两粘结表面的分离速率，所以粘接不是仅的强弱不应取决于两粘结表面的分离速率，所以粘接不是仅由分子间力决定的；由分子间力决定的；该理论是粘接剂与被粘接体的极性基团的相互作用为基础该理论是粘接剂与被粘接体的极性基团的相互作用为基础的，因此它不能解释为什么非极性聚合物间也会有粘接力。的，因此它不能解释为什么非极性聚合物间也会有粘接力。22篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2）化学键理论）化学键理论(在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形在复合材料组分之间发生化学作用，在界面上形成共价键结合成共价键结合.)1949年提出化

24、学键理论。年提出化学键理论。该理论的主要观点是该理论的主要观点是：偶联剂分子应至少含有两种官能团，偶联剂分子应至少含有两种官能团，第一种官能团在理论上可与增强材料起化学反应，第二种官第一种官能团在理论上可与增强材料起化学反应，第二种官能团在理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成能团在理论上应能参与树脂的固化反应，与树脂分子链形成化学键结合，于是，偶联剂分子像化学键结合，于是，偶联剂分子像“桥桥”一样，将增强材料一样，将增强材料与基体通过共价键牢固地连接在一起了。与基体通过共价键牢固地连接在一起了。例如，使用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、乙基三氯硅烷例如，使用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷

25、、乙基三氯硅烷和乙烯基烷氧基硅烷及二烯丙基烷氧基硅烷于不饱和聚酯和乙烯基烷氧基硅烷及二烯丙基烷氧基硅烷于不饱和聚酯/玻玻璃纤维体系中。结果表明含不饱和基硅烷的制品强度比饱和璃纤维体系中。结果表明含不饱和基硅烷的制品强度比饱和基的高出几乎基的高出几乎2倍，显著地改善了树脂倍，显著地改善了树脂/玻璃纤维两相间的界玻璃纤维两相间的界面黏结。面黏结。该理论对许多未使用偶联剂或虽然使用了偶联剂但理该理论对许多未使用偶联剂或虽然使用了偶联剂但理论上不能形成化学键的复合体系，它是无能为力的。论上不能形成化学键的复合体系，它是无能为力的。23篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮

26、球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统3）扩散理论）扩散理论(在复合材料组分之间发生原子或分子间的扩散或反在复合材料组分之间发生原子或分子间的扩散或反应，从而形成反应结合或扩散结合。应，从而形成反应结合或扩散结合。)Barodkuu提出了高聚物高聚物粘结作用的扩散理论，提出了高聚物高聚物粘结作用的扩散理论，其观点是其观点是：高聚物之间的粘结作用与其自粘作用（同种分子：高聚物之间的粘结作用与其自粘作用（同种分子间的扩散）一样，也是高聚物分子链及链段的相互扩散（不间的扩散）一样，也是高聚物分子链及链段的相互扩散（不同种分子）引起的，由此而产生强大的粘接力。同种分子）引起的，由此而产生强大的粘接力

27、。该理论的出发点是基于高聚物的最根本特征：大分子链结该理论的出发点是基于高聚物的最根本特征：大分子链结构及柔顺性。构及柔顺性。两相高聚物分子的相互扩散实际是相互溶解，相互溶解能两相高聚物分子的相互扩散实际是相互溶解，相互溶解能力的大小由溶解度参数决定，溶解度参数越相近，二者越容力的大小由溶解度参数决定，溶解度参数越相近，二者越容易互溶。易互溶。偶联剂的使用使这一理论在纤维复合材料领域中得到应用。偶联剂的使用使这一理论在纤维复合材料领域中得到应用。近年来所提出的相互贯穿网络理论实际上是化学键理论和扩近年来所提出的相互贯穿网络理论实际上是化学键理论和扩散理论在某种程度上的结合。散理论在某种程度上的

28、结合。24篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统4）电子静电理论）电子静电理论(当复合材料不同组分表面带有异性电荷时，将当复合材料不同组分表面带有异性电荷时，将发生静电吸引。发生静电吸引。)根据：当两种电介质相接触时，会产生接触起电现象。另根据：当两种电介质相接触时，会产生接触起电现象。另外，在一定条件下，当从被粘物表面剥离粘接剂薄膜时，由外，在一定条件下，当从被粘物表面剥离粘接剂薄膜时，由于放电和发射电子而产生特殊声响和发光现象。于放电和发射电子而产生特殊声响和发光现象。静电理论认为：静电理论认为：粘接剂被粘体可以看成一个

29、电容器；二粘接剂被粘体可以看成一个电容器；二者各为一极板，相互接触而使电容器充电，形成双电层。者各为一极板，相互接触而使电容器充电，形成双电层。于是，粘接破坏就相当于电容器被分开，粘接功就相当于于是，粘接破坏就相当于电容器被分开，粘接功就相当于电容器分开时要抵抗的静电引力。电容器分开时要抵抗的静电引力。局限性：局限性：不能圆满解释属性相近的聚合物也能牢固粘接的不能圆满解释属性相近的聚合物也能牢固粘接的事实，根据该理论，非极性聚合物之间是不能粘接的，但实事实，根据该理论，非极性聚合物之间是不能粘接的，但实际上，这类粘接具有高的粘接强度。际上，这类粘接具有高的粘接强度。25篮球比赛是根据运动队在规

30、定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统5）机械联结理论）机械联结理论 机械粘接理论认为：机械粘接理论认为：粘接剂与被粘体的粘接存粹基于机械作粘接剂与被粘体的粘接存粹基于机械作用，首先液态粘接剂渗入被粘体的空隙内，然后在一定条件用，首先液态粘接剂渗入被粘体的空隙内，然后在一定条件下粘接剂凝固或固化而被机械地下粘接剂凝固或固化而被机械地“镶嵌镶嵌”在孔隙中，于是便在孔隙中，于是便产生了犹如螺栓、钉子、钩子那样的机械结合力。产生了犹如螺栓、钉子、钩子那样的机械结合力。由此可见，机械结合力主要取决于材料的几何因素。事实上，由此可见，机械结合力主要取决于材料

31、的几何因素。事实上，机械理论是与其他粘接理论的协同作用的理论，没有一个粘机械理论是与其他粘接理论的协同作用的理论，没有一个粘接系统是只由机械作用而形成的。接系统是只由机械作用而形成的。26篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统6）变形层理论）变形层理论 聚合物复合材料固化时，聚合物将产生收缩现聚合物复合材料固化时，聚合物将产生收缩现象，而且基体与纤维的热膨胀系数相差较大，因此象，而且基体与纤维的热膨胀系数相差较大，因此在固化过程中，纤维与基体界面上就会产生在固化过程中，纤维与基体界面上就会产生附加应附加应力力，这种附加应力会

32、使界面破坏，导致复合材料的，这种附加应力会使界面破坏，导致复合材料的性能下降。性能下降。在外载荷作用产生的应力，在复合材料中的分在外载荷作用产生的应力，在复合材料中的分布也是不均匀的。因为从观察复合材料的微观结构布也是不均匀的。因为从观察复合材料的微观结构可知，纤维与树脂的界面不是平滑的，结果在界面可知，纤维与树脂的界面不是平滑的，结果在界面上某些部位集中了比平均应力高的应力。这种上某些部位集中了比平均应力高的应力。这种应力应力集中集中将首先使纤维与基体间的化学键断裂，使复合将首先使纤维与基体间的化学键断裂，使复合材料内部形成微裂纹，这样也会使复合材料的性能材料内部形成微裂纹，这样也会使复合材

33、料的性能下降。下降。27篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 Hoper从层压件的疲劳性能研究中发现，从层压件的疲劳性能研究中发现，表面有一层偶联剂涂层，疲劳性能得到了表面有一层偶联剂涂层，疲劳性能得到了很大的改善。很大的改善。28篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 增强材料经处理剂处理后，能减缓上述几种应力的作用，因增强材料经处理剂处理后，能减缓上述几种应力的作用，因此一些研究者对界面的形成及其作用提出了几种理论。此一些研究者对界面的形成及其作用提

34、出了几种理论。一种理论认为，处理剂在界面形成了一层塑性一种理论认为，处理剂在界面形成了一层塑性 层，它能松弛界面的应力，减小界面应力的作用，这种理论称层，它能松弛界面的应力，减小界面应力的作用，这种理论称为为“变形层理论变形层理论”；另一种理论认为，处理剂是界面的组成部分，这部分是介另一种理论认为，处理剂是界面的组成部分，这部分是介于高模量增强材料和低模量基体材料之间的中等模量物质，于高模量增强材料和低模量基体材料之间的中等模量物质，能起到均匀传递应力，从而减弱界面应力的作用，这种理论能起到均匀传递应力，从而减弱界面应力的作用，这种理论称为称为“抑制层理论抑制层理论”。还有一种理论称为还有一种

35、理论称为“减弱界面局部应力作用理论减弱界面局部应力作用理论”，观，观 点比较新，现在将这种理论介绍如下：点比较新，现在将这种理论介绍如下：29篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 该理论认为：处于基体与增强材料界面间的该理论认为：处于基体与增强材料界面间的处理剂，提供了一种具有处理剂，提供了一种具有“自愈能力自愈能力”的化学键，的化学键，这种化学键在外载荷作用下，处于不断形成与断这种化学键在外载荷作用下，处于不断形成与断裂的动态平衡状态。裂的动态平衡状态。低分子物（一种是水）的原来侵蚀，将使界低分子物（一种是水）的原来侵蚀

36、，将使界面的化学键断裂，在应力作用下，处理剂能沿增面的化学键断裂，在应力作用下，处理剂能沿增强材料的表面滑移，滑移到新的位置后，已经断强材料的表面滑移，滑移到新的位置后，已经断裂的键又能重新结成新的键，使基体与增强材料裂的键又能重新结成新的键，使基体与增强材料之间仍保持一定的粘结强度。这个变化过程的同之间仍保持一定的粘结强度。这个变化过程的同时使应力松弛，从而减弱了界面上某些点的应力时使应力松弛，从而减弱了界面上某些点的应力集中，这种界面上化学键断裂与再生的动平衡，集中，这种界面上化学键断裂与再生的动平衡，不仅阻止了水等低分子物的破坏作用，而且由于不仅阻止了水等低分子物的破坏作用，而且由于这些

37、低分子物的存在，起到了松弛界面局部应力这些低分子物的存在，起到了松弛界面局部应力的作用。的作用。30篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 这种理论的依据是：经水解后的处理剂（硅醇）在接近覆盖这种理论的依据是：经水解后的处理剂（硅醇）在接近覆盖水膜的亲水增强材料表面时，由于它也具有生成强力氢键的能水膜的亲水增强材料表面时，由于它也具有生成强力氢键的能力，所以具有足以同水争夺与增强材料表面作用的机会，结果力，所以具有足以同水争夺与增强材料表面作用的机会，结果同增强材料的表面的羟基键合，这一过程存在着两个可逆反应。同增强材料的表

38、面的羟基键合，这一过程存在着两个可逆反应。H HO OS Si iO OH HR RO OH H+O OH HM MH HH HO OR RH HO OS Si iO OH HO OH HH HO OH H+M MH HO OR RH HO OS Si iO OH HO OM M+O OH HH HH HH HO O31篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统H HO OS Si iO OH HR RO OH H+O OH HM MH HH HO OR RH HO OS Si iO OH HO OH HH HO OH H+M

39、MH HO OR RH HO OS Si iO OH HO OM M+O OH HH H2 232篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统偶偶联联剂剂的的功功能能：（a）有机硅烷水解形成硅醇；（b）硅醇的羟基与玻璃表面之间的氢键合；（c）结在玻璃表面的聚硅氧烷；（d）与聚合物反应的官能R基团33篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 硅烷处理剂的硅烷处理剂的RR集团与基体作用后，会生成集团与基体作用后，会生成两种稳定的膜：刚性膜和柔性膜，他们成了基体两种稳定

40、的膜：刚性膜和柔性膜，他们成了基体的一部分。的一部分。刚性膜如图刚性膜如图4-34-3：34篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 只要界面是刚性或可移动的，在水的存在下，只要界面是刚性或可移动的，在水的存在下，处理剂与增强材料表面生成的键水解后，生成的处理剂与增强材料表面生成的键水解后，生成的游离硅醇保留在界面上，最终能恢复原来的键，游离硅醇保留在界面上，最终能恢复原来的键，或与相邻的增强材料表面上的基团或与相邻的增强材料表面上的基团(活性点活性点)形成形成一个新键，所以处理剂与增强材料表面向化学键一个新键，所以处理剂与增

41、强材料表面向化学键的形成与破坏是处于可逆的动平衡状态。只要的形成与破坏是处于可逆的动平衡状态。只要处理剂与基体间形成的刚性硬膜保持完整性，那处理剂与基体间形成的刚性硬膜保持完整性，那么在应力的作用下，处理剂与增强材料间的化学么在应力的作用下，处理剂与增强材料间的化学键破坏后，在相邻的部位又会重新形成。这种动键破坏后，在相邻的部位又会重新形成。这种动态平衡的总的效果，使基体与增强材料间的教结态平衡的总的效果，使基体与增强材料间的教结保持完整而且起到了减弱应力的作用，这一效保持完整而且起到了减弱应力的作用，这一效果是在较大的范围内才能看到的。果是在较大的范围内才能看到的。35篮球比赛是根据运动队在

42、规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 上述理论还可通过复合材料受酸、碱及水的作上述理论还可通过复合材料受酸、碱及水的作用后性能的对比得到证实。酸或碱都是硅氧键用后性能的对比得到证实。酸或碱都是硅氧键(-(-Si-O-Si-O-）水解的有效催化剂，若基体通过处理剂与）水解的有效催化剂，若基体通过处理剂与增强材料间形成的键增强材料间形成的键(硅氧键硅氧键-Si-O-Si-O-），是不能），是不能可逆变化的耐久的共价键，则复合材料的力学性可逆变化的耐久的共价键，则复合材料的力学性能在酸或碱的作用下的降低，应比在水中下降的能在酸或碱的作用下的降低，应比

43、在水中下降的快。但实验证明，用硅烷处理剂处理后的增强材快。但实验证明，用硅烷处理剂处理后的增强材料制成的复合材料，在料制成的复合材料，在pHpH分别为分别为2 2、4 4、6 6、8 8及及1010的酸或碱液中煮沸的酸或碱液中煮沸24h24h后，其弯曲强度并没有比经后，其弯曲强度并没有比经水作用后的有异常的降低，可见处理剂与增强材水作用后的有异常的降低，可见处理剂与增强材料表面间形成的键，是能够可逆变化的共价键。料表面间形成的键，是能够可逆变化的共价键。36篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统柔性膜柔性膜 上述理论对聚合物

44、生成柔性膜时不适用。因为聚上述理论对聚合物生成柔性膜时不适用。因为聚合物与处理剂生成柔性膜，与增强材料间形成的键水合物与处理剂生成柔性膜，与增强材料间形成的键水解后会收缩，不能再生成新键，因而水会在增强材料解后会收缩，不能再生成新键，因而水会在增强材料表面漫开，使基体与增强材料间的动结完全破坏。柔表面漫开，使基体与增强材料间的动结完全破坏。柔性膜与增强材料表面间的粘接如性膜与增强材料表面间的粘接如 图图4-44-4所示。所示。37篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统7 7）优先吸附理论）优先吸附理论 树脂胶液中，各组分在玻

45、璃纤维上的吸附能树脂胶液中，各组分在玻璃纤维上的吸附能力各不相同，有先有后，纤维表面优先吸附基力各不相同，有先有后，纤维表面优先吸附基体体系中的助剂，如胺类固化环氧树脂时，纤体体系中的助剂，如胺类固化环氧树脂时，纤维表面优先吸附胺，使界面层基体内分布为一维表面优先吸附胺，使界面层基体内分布为一梯度，最后导致界面层结构与性能也具有梯度梯度，最后导致界面层结构与性能也具有梯度变化，这样有利于消除应力，改善复合材料的变化，这样有利于消除应力，改善复合材料的力学性能。力学性能。38篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 为了解释界面

46、粘合过程，提出了多种界面粘接理论，为了解释界面粘合过程，提出了多种界面粘接理论，每一种理论都有一定的事实根据，但又与另一些事实发每一种理论都有一定的事实根据，但又与另一些事实发生矛盾。各种理论只能说明界面粘合现象某一方面的问生矛盾。各种理论只能说明界面粘合现象某一方面的问题，但不能说明现象的本质和过程的全部。虽然理论有题，但不能说明现象的本质和过程的全部。虽然理论有多种，但人们对粘合现象的了解仍很肤浅，尚未抓住本多种，但人们对粘合现象的了解仍很肤浅，尚未抓住本质，为了深入揭示粘合现象的本质，应该对各种理论进质，为了深入揭示粘合现象的本质，应该对各种理论进行综合分析，取其精华，概况提炼成一个较为

47、完整的理行综合分析，取其精华，概况提炼成一个较为完整的理论，以便更好地解释所有的界面粘接过程和机理。论，以便更好地解释所有的界面粘接过程和机理。39篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统4.3.1 4.3.1 影响界面的粘合强度的因素影响界面的粘合强度的因素1 1）纤维表面晶体大小及比表面积纤维表面晶体大小及比表面积 碳纤维碳纤维表面晶体增大表面晶体增大，碳纤维石墨化程度上，碳纤维石墨化程度上升，模量增高，导致表面更光滑、更惰性，它与升，模量增高，导致表面更光滑、更惰性，它与树脂黏附性和反应性变的更差，所以树脂黏附性和反应性

48、变的更差，所以界面粘合强界面粘合强度下降度下降。4.3 界面的破坏机理界面的破坏机理 纤维的比表面积大纤维的比表面积大、粘合的物理界面大、粘合的物理界面大、粘粘合强度高。合强度高。40篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统但以上两点并不绝对！但以上两点并不绝对！因为因为不同的纤维不同的纤维以及以及不同的表面处理不同的表面处理其孔径分布其孔径分布和表面反应基体及其浓度是各异的。同时，和表面反应基体及其浓度是各异的。同时，不同的基不同的基体体系体体系相对分子质量大小、黏度大小，它与表面反应相对分子质量大小、黏度大小，它与表面反应

49、基团的反应能力也不一样，所以，基团的反应能力也不一样，所以，应具体问题具体分应具体问题具体分析。析。41篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2 2）浸润性）浸润性 界面的粘合强度随界面的粘合强度随浸润性增加而增加。浸润性增加而增加。如果完全浸润，树脂在界面上物理吸附所产生的粘如果完全浸润，树脂在界面上物理吸附所产生的粘合强度是很大的，但实际上由于纤维表面上吸附有气体合强度是很大的，但实际上由于纤维表面上吸附有气体及其他污物，不能完全浸润，故吸附的气体及污物没有及其他污物，不能完全浸润，故吸附的气体及污物没有被排挤走，留在界

50、面成为空隙，使材料的空隙率上升，被排挤走，留在界面成为空隙，使材料的空隙率上升，层剪强度下降；层剪强度下降；42篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统3 3）界面反应性）界面反应性 界面粘合强度界面粘合强度随界面反应性的增加而增大随界面反应性的增加而增大。比如用硅烷偶联剂改性玻璃纤维表面，复合材料比如用硅烷偶联剂改性玻璃纤维表面，复合材料性能得到改善。性能得到改善。因此，制备复合材料时，要尽可能多地向界面因此，制备复合材料时，要尽可能多地向界面引入反应基团，增加界面化学键合比例，这样有利于引入反应基团，增加界面化学键合比例，