第3章材料的界面理论 界面研究的意义: 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,并且由于界面的存在,纤维和基体所发挥的 作用,是各自独立而又相互依存的。 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 合材料的性能。所以,复合材料界面问题的研究 有着十分重要的意义。 1
1 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,并且由于界面的存在,纤维和基体所发挥的 作用,是各自独立而又相互依存的。 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 合材料的性能。所以,复合材料界面问题的研究 有着十分重要的意义。 界面研究的意义: 第3 章 材料的界面理论
主要内容 3.1界面的基本概念 3.2界面的形成与作用机理 3.3界面的破坏机理 3.4纤维的表面处理 2
2 主要内容 3.1 界面的基本概念 3.2 界面的形成与作用机理 3.3 界面的破坏机理 3.4 纤维的表面处理
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化学、物理结 构,厚度和形貌,粘接强度和残余应力 等,从而可以寻找它们与复合材料性能 之间的关系。 3
3 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化学、物理结 构,厚度和形貌,粘接强度和残余应力 等,从而可以寻找它们与复合材料性能 之间的关系
许多复合材料的纤维 Chemically bonded Diffused 与基体的粘接性差,为 interface interface 了改善两者的粘结性, 在两相的界面上加入一 M-0-Si- 0 些改性剂,如偶联剂等 N-0- 7 这样在纤维、基体之间 ssDl9 的界面上,形成一种新 M-0- 050 的界面,该界面层的结 构与性能已不同于原来 M-0-Si- 的两相界面。 O Coupling agent ●Polymer 5
5 许多复合材料的纤维 与基体的粘接性差,为 了改善两者的粘结性, 在两相的界面上加入一 些改性剂,如偶联剂等, 这样在纤维、基体之间 的界面上,形成一种新 的界面,该界面层的结 构与性能已不同于原来 的两相界面
我们所说的界面,并非是一 个没有厚度的理想几何面。 实验已证明,两相交接的区 域是一个具有相当厚度的界 面层,即中间相。 2 PMC界面区域(interface zone of PMC)示意图 5 1-外力场; 6 2-树脂基体; 3-基体表面区; 4-相互渗透区; 5-增强剂表面区; 6-增强剂
6 我们所说的界面,并非是一 个没有厚度的理想几何面。 实验已证明,两相交接的区 域是一个具有相当厚度的界 面层,即中间相。 PMC界面区域(interface zone of PMC)示意图 1-外力场; 2-树脂基体; 3-基体表面区; 4-相互渗透区; 5-增强剂表面区; 6-增强剂
复合材料界面结构与性能特点: )非单分子层,其组成、结构形态、形貌十分复杂、形 式多样,界面区至少包括:基体表面层、增强体表面层 基体/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、性 能随厚度方向变化而变化。 )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)界面效应显著:复合材料复合效应产生 的根源。 ⅳ)界面缺陷形式多样(包括残余应力)对复合材料性 能影响十分敏感
7 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 式多样,界面区至少包括: 基体表面层、增强体表面层 、基体/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、 性 能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 纳米复合材料)界面效应显著:复合材料复合效应产生 的根源。 iv) 界面缺陷形式多样(包括残余应力)对复合材料性 能影响十分敏感
界面效应: ①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 变化: ②化学效应:导致界面上的化学反应,形成 新的界面层结构: ③力学效应:引起界面上的应力分布。 8
8 界面效应: ① 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 变化; ② 化学效应:导致界面上的化学反应,形成 新的界面层结构; ③ 力学效应:引起界面上的应力分布