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材料表面与界面,复合材料的界面,聚合物基复合材料的界面,1.界面的形成 聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个阶段：基体与增强纤维的接触与浸润过程； 增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合物在结构上与聚合物基体是不同的。聚合物的固化阶段。 聚合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固定的界面层。,2.界面作用机理,界面作用机理是指界面发挥作用的微观机理，有如下理论：,主要论点：增强材料被液体树脂良好浸润对提高复合材料的性能是极其重要的。浸润不良会在界面上产生空隙，易因应力集中而使复合材料发生开裂；如果完全浸润，则基体与增强相间的粘结强度将大于基体的内聚强度，将提高复合材料的强度。,界面浸润理论,机械粘接润湿吸附范德华力(充分的润湿),B.化学键理论,主要论点：涂覆在增强相表面的偶联剂应既含有能与增强相起化学作用的官能团，又含有能与树脂基体起化学作用的官能团。由此在界面上形成共价键结合，如能满足这一要求则在理论上可获得最强的界面粘结能。,偶联剂：一种高分子化合物，这种化合物一般都含有两部分性质不同的基团。一种官能团能很好地与增强纤维表面结合；另一种官能团能很好地与合成树脂结合（产生共聚）。通过表面处理剂把性能截然不同的物质联合起得，形成一个统一的整体，因此，把表面处理剂叫“架桥剂”，也叫“偶联剂”。,碳纤维经硝酸或浓碱处理后，表面增加了-COOH、C=O、COH，与环氧树脂复合后强度提高的多。,玻璃纤维水化形成烃基,R R R OHSiOH HOSiOH HOSiOH O O O H H H H H H O O O M M M Glass,偶联剂的化学桥形成原理：,偶联剂的作用原理,D.变形层理论E.拘束层理论F.扩散层理论G.减弱界面局部应力作用理论,C.物理吸附理论（机械作用理论） 这种理论认为，增强纤维与树脂基体之间的结合是属于机械铰合和基于次价键作用的物理吸附。,3.聚合物基复合材料界面设计,在聚合物基复合材料的设计中，首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性；选择合适的偶联剂。 所选处理增强材料表面的偶联剂既含有能与增强材料起化学作用的官能团，又含有与聚合物基体起化学作用的官能团。,8,韧性断裂,脆性断裂,对比：金属基复合材料的界面,金属基复合材料由于基体与增强物复合的温度较高，基体与增强物易发生相互作用而生成化合物;基体与增强物互相
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