复合材料的界面状态解析了解界面的分类掌握复ppt课件

1、3 3 复合资料的界面形状解析复合资料的界面形状解析1 1、了解界面的分类；、了解界面的分类；2 2、掌握复合资料的界面层，除了在性能和构造上、掌握复合资料的界面层，除了在性能和构造上不同于相邻两组分相外，还具有的特点；不同于相邻两组分相外，还具有的特点；3 3、掌握复合资料界面的研讨对象；、掌握复合资料界面的研讨对象；4 4、掌握与外表张力有关的要素；、掌握与外表张力有关的要素；5 5、掌握吸附按作用力的分类及特点；、掌握吸附按作用力的分类及特点；6 6、掌握导致接触角的滞后效应的缘由；、掌握导致接触角的滞后效应的缘由；7 7、掌握固体被液体的浸润性；、掌握固体被液体的浸润性；8 8、了解界

2、面的相容性与粘接；、了解界面的相容性与粘接；9 9、了解浸润动力学；、了解浸润动力学；1010、重点掌握加强体的外表特性及对复合资料界、重点掌握加强体的外表特性及对复合资料界面结合的影响。面结合的影响。3 3 复合资料的界面形状解析复合资料的界面形状解析 复合资料性能的主要影响要素包括三个方面：复合资料性能的主要影响要素包括三个方面：1 1、基体和加强体或功能体的性能；、基体和加强体或功能体的性能；2 2、复合资料的构造和成型技术；、复合资料的构造和成型技术；3 3、界面结合形状、界面结合形状( (物理的和化学的物理的和化学的) )及由此产生及由此产生的复合效应。的复合效应。 这三个方面都可以

3、成为复合资料的薄弱环节；这三个方面都可以成为复合资料的薄弱环节；换言之，复合资料的的性能应是以上三个要素综换言之，复合资料的的性能应是以上三个要素综合效果的作用结果。合效果的作用结果。 3.1 界面效应界面效应界面的分类：界面的分类： 根据物质的聚集态，可以得到五种类型的界面，即气根据物质的聚集态，可以得到五种类型的界面，即气-液液g-l、气、气-固固g-s、液、液-液液l-l、液、液-固固l-s、固、固-固固s-s界面。界面。 通常的研讨中，习惯于把气通常的研讨中，习惯于把气-液液g-l 、气、气-固固g-s界面分别称为液相外表、固相外表。界面分别称为液相外表、固相外表。留意：留意： 对于复

4、合资料来说，界面并非是一个理想的几何面。对于复合资料来说，界面并非是一个理想的几何面。实验证明：实验证明： 复合资料中相与相之间的两相交接区是一个具有相当厚复合资料中相与相之间的两相交接区是一个具有相当厚度的界面层，两相的接触会引起多种界面效应，使界面层的度的界面层，两相的接触会引起多种界面效应，使界面层的构造和性能不同于它两侧临近的构造和性质。构造和性能不同于它两侧临近的构造和性质。 图图3.1 3.1 聚合物复合资料界面表示聚合物复合资料界面表示a a含界面物质；含界面物质； b b不含界面物质不含界面物质 复合资料的界面层，除了在性能和构造上不同复合资料的界面层，除了在性能和构造上不同于

5、相邻两组分相外，还具有如下特点：于相邻两组分相外，还具有如下特点：(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动随环境条件变化而改动 。 界面层的存在，导致界面效应的发生。林毅把复合资界面层的存在，导致界面效应的发生。林毅把复合资料的界面效应归结四类：料的界面效应归结四类：(1)分割效应：一个延续体被分割成许多区域，分析尺寸分割效应：一个延续体被分割成许多区域，分析尺寸大小、中断强度、分散情况等对基体的力学性能的影响；大小、中断强度、分散情况等对基体的力学性能的影响；(2)不延续效应：在界面上引起的物理

6、性质的不延续性和不延续效应：在界面上引起的物理性质的不延续性和界面摩擦出现的景象，如电阻、介电特性、磁性、耐热性、界面摩擦出现的景象，如电阻、介电特性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等；尺寸稳定性等；(3)散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等界面产生的散射和吸收，如界面产生的散射和吸收，如 透光性、隔热性、隔音性、耐透光性、隔热性、隔音性、耐冲击性及耐热冲击性等；冲击性及耐热冲击性等；(4)感应效应：在界面上产生的感应效应，特别是应变、感应效应：在界面上产生的感应效应，特别是应变、内应力和由此出现的景象内应力和由此出现的景象高的弹性、低的热膨胀

7、性、耐高的弹性、低的热膨胀性、耐冲击性和耐热性等。冲击性和耐热性等。 32 复合资料界面的研讨对象复合资料界面的研讨对象外表处置物质外表处置物质加强体加强体基体基体外表处置物质层外表处置物质层加强体加强体外表处置物质层外表处置物质层加强体加强体基体基体加强体加强体外表处置技术外表处置技术基体基体复合技术复合技术IFF F 外表外表F/I F/I 界面界面I I 外表外表I I 构造构造F/I F/I 界面界面I/M I/M 界面界面F/M F/M 界面界面M M复合资料界面的研讨对象：复合资料界面的研讨对象：1加强体外表有关的问题：加强体外表有关的问题： 、加强体外表的化学、物理构造与性能；、

8、加强体外表的化学、物理构造与性能； 、加强体与外表处置物质界面层的构造与性质及对加强、加强体与外表处置物质界面层的构造与性质及对加强体外表特性的影响；体外表特性的影响； 、加强体外表特性与基体之间的相互关系及两者间的相、加强体外表特性与基体之间的相互关系及两者间的相互作用加强体未处置时；互作用加强体未处置时； 、加强体与外表处置物质的界面作用；、加强体与外表处置物质的界面作用； 、加强体外表特性与复合资料特性的相互关系。、加强体外表特性与复合资料特性的相互关系。2外表处置物质的有关问题：外表处置物质的有关问题： 、最外层的化学、物理构造及内层的化学、物理构造；、最外层的化学、物理构造及内层的化

9、学、物理构造； 、外表处置物质与基体之间的相互作用；、外表处置物质与基体之间的相互作用； 、外表处置物质对基体的影响；、外表处置物质对基体的影响； 、处置条件及处置剂层的特性；、处置条件及处置剂层的特性； 、处置剂层随时间的变化；、处置剂层随时间的变化； 、处置剂层与复合资料性能的相互关系。、处置剂层与复合资料性能的相互关系。3外表处置的最优化技术。外表处置的最优化技术。4粉体资料在基体中的分散：粉体资料在基体中的分散： 、分散形状的评价；、分散形状的评价； 、分散技术及机理；、分散技术及机理； 、分散形状与复合资料性能。、分散形状与复合资料性能。5复合技术的优化及其机理。复合技术的优化及其机

10、理。图图3.3 3.3 资料粘接的破坏方式资料粘接的破坏方式作业：作业：6、复合资料的界面层，除了在性能和构造上不同于相邻、复合资料的界面层，除了在性能和构造上不同于相邻两组分相外，还具有哪些特点；两组分相外，还具有哪些特点；7、简述复合资料界面的研讨对象；、简述复合资料界面的研讨对象；8、简述与外表张力有关的要素。、简述与外表张力有关的要素。9、吸附按作用力的性质可分为哪几类？各有什么特点？、吸附按作用力的性质可分为哪几类？各有什么特点？10、利用接触角的知识，讨论固体被液体的浸润性。、利用接触角的知识，讨论固体被液体的浸润性。11、界面的相容性指什么？如何确定？、界面的相容性指什么？如何确

11、定？3.3 外表及界面化学根底外表及界面化学根底3.3.1 外表张力、外表自在能及比外表能外表张力、外表自在能及比外表能 物质外表具有的性质是由于外表分子所处形状与相内物质外表具有的性质是由于外表分子所处形状与相内分子所处形状不同所引起的。分子所处形状不同所引起的。 物质外表张力可以表达为两种方式：物质外表张力可以表达为两种方式：ldxWdAW(3.1)(3.2)l为长度，为长度，x为位移，为位移，A为面积，为面积，W为所做的功；为所做的功；即为物质的外表张力。即为物质的外表张力。 式式3.1中，中，可以了解为表征表层分子作用于单可以了解为表征表层分子作用于单位长度上的收缩力，单位是牛顿每厘米

12、；位长度上的收缩力，单位是牛顿每厘米； 而式而式3.2中，中， 可以了解为物质单位面积上的能可以了解为物质单位面积上的能量，即发生单位面积变化时，外力所需做的功，其单位可量，即发生单位面积变化时，外力所需做的功，其单位可以是焦耳每平方厘米，又称为物质的外表能。以是焦耳每平方厘米，又称为物质的外表能。 界面上单位长度的力和单位外表积的能量在数学上界面上单位长度的力和单位外表积的能量在数学上是相等的。是相等的。 ldxW(3.1)dAW(3.2) 设在恒温、恒压、恒组成条件下，由于外表变化，环境设在恒温、恒压、恒组成条件下，由于外表变化，环境对体系所做功为对体系所做功为W，那么体系外表自在能添加值

13、，那么体系外表自在能添加值G相应为：相应为： WGWGdAdG比外表积比外表积 外表积外表积/体积体积比外表积它表示物质的粉碎程度。比外表积它表示物质的粉碎程度。设物质的面积添加为设物质的面积添加为A，由式，由式3.3，那么有：，那么有：这样，定义物质单位外表积的自在能这样，定义物质单位外表积的自在能为比外表自在能。为比外表自在能。3.43.5(3.3) 外表张力是物质的一种特性，它是物质内部分子之间相外表张力是物质的一种特性，它是物质内部分子之间相互作用的一种表现。有关外表张力或界面张力，需求明确互作用的一种表现。有关外表张力或界面张力，需求明确以下三个问题：以下三个问题： (1)外表张力与

14、物质构造、性质有关。外表张力与物质构造、性质有关。 不同物质性质、构造的分子间相互作用力不同，分子间不同物质性质、构造的分子间相互作用力不同，分子间作用力愈大，相应外表张力也愈大。通常：金属键物质作用力愈大，相应外表张力也愈大。通常：金属键物质(金、金、银等银等)离子键物质离子键物质(氧化物熔体、熔盐氧化物熔体、熔盐)极性分子物质极性分子物质(水水等等)弱极性物质弱极性物质(丙酮等丙酮等)非极性物质非极性物质(液液H2、液、液Cl2等等)。 (2)物质的外表张力与它相接触的另一相物质有关。物质的外表张力与它相接触的另一相物质有关。 当与不同性质的物质接触时，外表层分子遭到的力场不当与不同性质的

15、物质接触时，外表层分子遭到的力场不同，致使外表张力不同。同，致使外表张力不同。 (3)外表张力随温度不同而不同，普通温度升高，外表张外表张力随温度不同而不同，普通温度升高，外表张力下降。力下降。 这是由于温度提高，物质体积膨胀，即分子间距增大，这是由于温度提高，物质体积膨胀，即分子间距增大，使分子间作用力变小。使分子间作用力变小。 恒温、恒压条件下，任何物质都有自动向自在能减小恒温、恒压条件下，任何物质都有自动向自在能减小的方向挪动的趋势，因此，外表能也有自动减小的趋势。的方向挪动的趋势，因此，外表能也有自动减小的趋势。降低外表能的措施：降低外表能的措施：1、经过自动收缩外表积实现；、经过自动

16、收缩外表积实现；2、经过降低比外表能来实现。、经过降低比外表能来实现。 332 外表吸附作用外表吸附作用吸附：吸附： 是一种物质的原子或分子附着在另一物质外表上的景象，是一种物质的原子或分子附着在另一物质外表上的景象，或者说，物质在相的界面上，浓度发生自动变化的景象。或者说，物质在相的界面上，浓度发生自动变化的景象。 固体吸附的缘由：固体吸附的缘由： 由于固体外表质点处于力场不平衡的形状，即具有外表能，由于固体外表质点处于力场不平衡的形状，即具有外表能，这一不平衡的力场为了趋于平衡态，可以吸附别的物质而得这一不平衡的力场为了趋于平衡态，可以吸附别的物质而得到补偿，以降低外表能到补偿，以降低外表

17、能(外表自在能外表自在能)，所以固体外表自动地，所以固体外表自动地吸附那些可以降低其外表自在能的物质。吸附那些可以降低其外表自在能的物质。 吸附过程是放热反响，解吸过程是吸热的。吸附过程是放热反响，解吸过程是吸热的。 吸附按作用力的性质，分为物理吸附和化学吸附。吸附按作用力的性质，分为物理吸附和化学吸附。3.3.2.1 物理吸附物理吸附 当固体外表的原子的原子价被相邻的原子所饱和，当固体外表的原子的原子价被相邻的原子所饱和，外表分子与吸附物之间的作用力是分子间引力范德华外表分子与吸附物之间的作用力是分子间引力范德华力。力。特点：特点： 1、无选择性，吸附量相差较大；、无选择性，吸附量相差较大；

18、 2、吸附可呈单分子层或多分子层；、吸附可呈单分子层或多分子层； 3、物理吸附、解吸速度较快，易平衡。、物理吸附、解吸速度较快，易平衡。 普通在低温下进展的吸附是物理吸附。普通在低温下进展的吸附是物理吸附。3.3.2.2 化学吸附化学吸附 当固体外表的原子的原子价被相邻的原子所饱和，当固体外表的原子的原子价被相邻的原子所饱和，还有剩余的成键才干，在吸附剂及吸附物之间还有电子还有剩余的成键才干，在吸附剂及吸附物之间还有电子转移生成化学键的吸附。转移生成化学键的吸附。特点：特点： 1、有选择性；、有选择性； 2、只能单分子吸附，且不易吸附或解吸；、只能单分子吸附，且不易吸附或解吸； 3、平衡慢。、

19、平衡慢。1、无选择性，吸附量相差较大；、无选择性，吸附量相差较大；2、吸附可呈单分子层或多分子层；、吸附可呈单分子层或多分子层；3、物理吸附、解吸速度较快，易平衡。、物理吸附、解吸速度较快，易平衡。3.3.3 粘附功及浸润景象3.3.3.1 粘附功与内聚功 将AB界面1cm2分别为A、B两个面时所需的功称为粘附功。表示为：图3.4 粘附功与内聚功对于单一物质，相应的即为内聚功对于单一物质，相应的即为内聚功WAA可表示为：可表示为：ABW式中式中WABWAB为为A A，B B两外表的粘附功，两外表的粘附功，,分别为外表张力及分别为外表张力及ABAB的界面张力。的界面张力。 2AAW3.3.3.2

20、 接触角接触角浸润功：在浸润过程中所释放的能量。浸润功：在浸润过程中所释放的能量。 设液滴发生微小位移时，使覆盖固体的面积改动了设液滴发生微小位移时，使覆盖固体的面积改动了A，如图，伴随的外表自在能变化如图，伴随的外表自在能变化G是：是：)cos()(lvsvslG0/lim0G0coslvsvslslsvlvcos或或lvslsvslW)cos1 (lvslW3.12平衡时平衡时于是于是在这类吸附浸润中，处于平衡态时的浸润功在这类吸附浸润中，处于平衡态时的浸润功W为：为：为固为固液界面的粘附功，液界面的粘附功，代入式代入式(310)，即可得到，即可得到(3.10)图图3.5 3.5 液滴在固

21、体外表形状液滴在固体外表形状式式(310)称为称为Young公式，而式公式，而式(3.12)称为称为Dupre公式。公式。 角称为液相与固相之间的接触角，其确切定义为在气、液、角称为液相与固相之间的接触角，其确切定义为在气、液、固三相交界处的气固三相交界处的气-液界面与固液界面与固液界面之间的夹角。液界面之间的夹角。由由Dupre式可知，式可知，当当0时，界面的粘附功最大：时，界面的粘附功最大： lvslW2max.0min.slWlvslsvcos由此可知，接触角可以衡量液体对固体的浸润效果。由此可知，接触角可以衡量液体对固体的浸润效果。由由Young式，可以得到：式，可以得到：当当180时

22、：时：由此可知：由此可知： (1)当当svsl, cos90,此时固体不为液体浸润；此时固体不为液体浸润； (2)当当lv(sv-sl)0，那么，那么1cos0，即，即090，此时固体为液体所浸润；，此时固体为液体所浸润； (3)假设假设sv-sl lv，那么，那么cos1，0，此时固，此时固体外表可以被液体完全浸润，并获得最大粘附功。体外表可以被液体完全浸润，并获得最大粘附功。lvslsvcos3.3.3.3 不均匀外表的接触角不均匀外表的接触角 当固体外表不均匀时，接触角可以用阅历的方法来确定。当固体外表不均匀时，接触角可以用阅历的方法来确定。 投影真实R真实coscos RR)()(co

23、s221121lffsvslsvsclv2211coscoscosffc或或对粗糙外表对粗糙外表:对于由各种不同的小片组成的复合外表：对于由各种不同的小片组成的复合外表：图图3.6 3.6 在粗糙外表上的液滴边缘在粗糙外表上的液滴边缘3.3.3.4 接触角的滞后接触角的滞后 液体对固体外表的浸润随运动形状不同而不同，可以液体对固体外表的浸润随运动形状不同而不同，可以显示出不同的接触角数值，如图。通常称较大的角为前进显示出不同的接触角数值，如图。通常称较大的角为前进角角a，较小的接触角称后退接触角，较小的接触角称后退接触角r，两者的相差值，两者的相差值a-r，称为接触角的滞后效应。称为接触角的滞

24、后效应。 导致接触角的滞后效应的缘由导致接触角的滞后效应的缘由:1、污染；、污染；2、固体外表的粗糙度、固体外表的粗糙度 ；3、外表的化学不均匀性。、外表的化学不均匀性。 3.3.3.4 接触角的滞后接触角的滞后 图图3.73.7水滴在玻璃外表的滴淌水滴在玻璃外表的滴淌图图3.8 3.8 玻璃纤维在液态树脂中的浸润形状玻璃纤维在液态树脂中的浸润形状玻璃外表玻璃外表前进时稳定前进时稳定平衡时平衡时后退时稳定后退时稳定纤维纤维3.3.4 固体外表的临界外表张力固体外表的临界外表张力 Zisman等发现对于同系的液体，等发现对于同系的液体，cos(前进角前进角)通常通常是是l的单调函数。的单调函数。

25、提出：提出：)(1coscllb式中，式中，a、b、 均为常数。均为常数。335浸润的热效应浸润的热效应 假设将干净固体外表浸入液体，通常有热释出，即所谓假设将干净固体外表浸入液体，通常有热释出，即所谓浸润热浸润热q浸润，可表示为：浸润，可表示为：slsEE 浸润q式中，式中，Es为固体外表能，为固体外表能，Esl为固为固-液界面能。液界面能。 浸润热可以用量热法测定浸润热可以用量热法测定 ， 浸润热的大小与固体外表浸润热的大小与固体外表的物理化学性能，即构造、极性、不均匀性以及外表与浸的物理化学性能，即构造、极性、不均匀性以及外表与浸渍液间的相互作用而构成的各种界面景象有关。渍液间的相互作用

26、而构成的各种界面景象有关。需求留意的是：需求留意的是：复合资料中，作为细微的粉状粒子复合资料中，作为细微的粉状粒子(0.1mm以下以下)的浸润的浸润热未必与块状固体一样；热未必与块状固体一样；浸润热是以不向固体中浸透、分散和溶解为前提。浸润热是以不向固体中浸透、分散和溶解为前提。 通常浸润热很小，约为几百尔格厘米通常浸润热很小，约为几百尔格厘米23.3.6 界面的相容性与粘接界面的相容性与粘接 在复合资料界面上发生两种资料分散混合时，相容性在复合资料界面上发生两种资料分散混合时，相容性成为粘接界面的一个重要要素。成为粘接界面的一个重要要素。 通常，相容性是根据在混合时的吉布斯通常，相容性是根据

27、在混合时的吉布斯(Gibbs)的自的自在能变化在能变化G来确定。来确定。 即即 G0, 就相容；就相容； G0, 就不相容，即不混合。就不相容，即不混合。 而而G用混合熵用混合熵S和混合热和混合热H来表达，此时有：来表达，此时有： STG溶解度参数溶解度参数：定义为内聚能密度：定义为内聚能密度CED的平方根。的平方根。内聚能密度内聚能密度CED：从液体或固体且设体积变化可忽略：从液体或固体且设体积变化可忽略物质的一个分子移到离周围分子很远的地方所需的能量。物质的一个分子移到离周围分子很远的地方所需的能量。 CED111 12； CED222 22当当122211那么有：那么有：21221112

28、12CED3.4 3.4 浸润动力学浸润动力学 固液两种资料接触并浸润的过程，除了由热力学固液两种资料接触并浸润的过程，除了由热力学要素决议外，还必需思索粘接速度这要素。在粘接或复要素决议外，还必需思索粘接速度这要素。在粘接或复合资料制备过程中主要是流动和硬化这一过程。合资料制备过程中主要是流动和硬化这一过程。3 34 41 1 浸润的速度过程浸润的速度过程 当粘结剂涂布于凹凸不平的被粘物时，为了布满其当粘结剂涂布于凹凸不平的被粘物时，为了布满其外表，必需求流动才干实现。外表，必需求流动才干实现。 设设r r为被粘物被浸透的毛细管半径、为被粘物被浸透的毛细管半径、V V为液态粘结剂为液态粘结剂

29、的粘度、的粘度、X X为液体在时间内沿毛细管前进的间隔，当施加为液体在时间内沿毛细管前进的间隔，当施加压力尸较大时，那么可由压力尸较大时，那么可由PoiseuillePoiseuille式表示：式表示： trl4Prcos422 当液体自然浸透或压力很小时，可以为当液体自然浸透或压力很小时，可以为P=0P=0，此时那么，此时那么有有RidealWashburnRidealWashburn式表示：式表示：浸润功为：浸润功为：当，当， 即发生毛细浸润。即发生毛细浸润。 Young公式及上式可得：公式及上式可得：故毛细浸润时，速度的浸润张力表达式也可以为：故毛细浸润时，速度的浸润张力表达式也可以为：

30、 写成速度表达式那么为：写成速度表达式那么为： 或或rtlcos2slsviWsvsl coslviW trWi22rdtdl2cosrWdtdi23 34 42 2 界面特性对复合粘结体系性能的影响界面特性对复合粘结体系性能的影响 在复合资料成型时，粘结剂体系中参与辅助资料组成在复合资料成型时，粘结剂体系中参与辅助资料组成复合粘结体系或将加强体外表处置的情况是很多的。复合粘结体系或将加强体外表处置的情况是很多的。 这里重点引见一下加强体这里重点引见一下加强体( (或填料或填料) )经偶联剂处置后的经偶联剂处置后的复合体系粘结特性。复合体系粘结特性。 3 34 42 21 1 偶联剂处置时偶联

31、剂官能团的特性作用偶联剂处置时偶联剂官能团的特性作用 偶联剂官能团的特性，是在粘结剂复合固化过程中，偶联剂官能团的特性，是在粘结剂复合固化过程中，可以引起体系固化速度的改动。可以引起体系固化速度的改动。 同一官能团对不同固化体系的固化速度的改动是不同同一官能团对不同固化体系的固化速度的改动是不同的。的。 环氧树脂和用硅烷处置过的环氧树脂和用硅烷处置过的SiO2SiO2组成的复合物的放热组成的复合物的放热效应见表效应见表3 31 1。 硅烷的有机官能团硅烷的有机官能团固化剂固化剂ZT()氨乙基哌嗪固化剂氨乙基哌嗪固化剂T()未处置未处置-22-25胺基胺基-6-30二元胺二元胺-9-13多元胺多

32、元胺-2-31阳离子苯乙烯基阳离子苯乙烯基-6+2环氧基环氧基-6-39表表3 31 1 不同硅烷偶联剂对环氧固化体系热效应的影响不同硅烷偶联剂对环氧固化体系热效应的影响 30g30g树脂中加树脂中加5gSiO25gSiO2，SiO2SiO2用用0.50.5硅烷溶液处置。硅烷溶液处置。 偶联剂官能团对固化体系热效应及内耗峰影响的缘由：偶联剂官能团对固化体系热效应及内耗峰影响的缘由：1、官能团参与反响；、官能团参与反响；2、优先吸附引起的景象。、优先吸附引起的景象。玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维玻璃纤维线性结合线性结合网络架结合网络架结合钛酸酯偶联剂钛酸酯偶联剂硅烷偶联剂硅烷偶联剂3.4.2.2 3.

33、4.2.2 偶联剂分子构造及偶联构造的影响偶联剂分子构造及偶联构造的影响 加强体在用不同偶联剂处置时，由于分子构加强体在用不同偶联剂处置时，由于分子构造的不同，会影响到粘结剂对加强体的浸润效果，造的不同，会影响到粘结剂对加强体的浸润效果，也会影响到复合体系的流动特性。也会影响到复合体系的流动特性。 图图3.13 3.13 偶联剂分子构造及偶联构造对偶联剂分子构造及偶联构造对GFGFUPUP体系体系流变性的影响流变性的影响 植物纤维加强石膏植物纤维加强石膏详细实例：详细实例：玻璃纤维加强石膏玻璃纤维加强石膏3.5 加强体外表特性及对复合资料界面结合的影响加强体外表特性及对复合资料界面结合的影响1

34、、了解加强体外表特性的分类；、了解加强体外表特性的分类；2、掌握加强体外表物理特性及对界面结合的影响；、掌握加强体外表物理特性及对界面结合的影响；3、掌握加强体外表化学特性及对界面结合的影响；、掌握加强体外表化学特性及对界面结合的影响；4、掌握玻璃纤维的构造及反响性。、掌握玻璃纤维的构造及反响性。本节要点本节要点3.5 加强体的外表特性及对复合资料界面结合的影响加强体的外表特性及对复合资料界面结合的影响 复合资料根本性能复合资料根本性能基体资料的性能及含量基体资料的性能及含量加强资料的性能、含量加强资料的性能、含量及分布情况及分布情况界面结合情况界面结合情况如何表达？如何表达？加强体的外表特性

35、的分类及作用：加强体的外表特性的分类及作用： 1.1.加强体外表的物理特性加强体外表的物理特性; ;3.3.加强体的外表能。加强体的外表能。 2.2.加强体外表的化学特性加强体外表的化学特性; ;决议界面粘结的好坏决议界面粘结的好坏决议界面粘结的效果决议界面粘结的效果判别加强体的活性判别加强体的活性351 加强体外表的物理特性与界面结合加强体外表的物理特性与界面结合 物理特性物理特性比外表积比外表积多孔性多孔性极性极性构造均一性构造均一性结晶特性结晶特性3.5.1.1 3.5.1.1 比外表积比外表积 对界面的影响：是导对界面的影响：是导致复合资料中的界面致复合资料中的界面存在并引起界面效应存

36、在并引起界面效应的根本所在。的根本所在。普通以为：加强体的比外普通以为：加强体的比外表越大，与基体结合的物表越大，与基体结合的物理界面大，对粘合强度的理界面大，对粘合强度的奉献大。当然存在浸润的奉献大。当然存在浸润的要素。要素。纤维种类纤维种类密度密度（g/cmg/cm3 3）直径直径d d（umum）比表面积比表面积（m m2 2/g/g）玻璃纤维玻璃纤维2.502.5010100.160.16硼纤维硼纤维2.702.70101.6101.60.0150.015碳化硅纤维碳化硅纤维3.503.50101.6101.60.0120.012Thornel 50Thornel 501.631.63

37、6.86.80.370.37 3.5.1.2 3.5.1.2 多孔性多孔性主要表达在加强体外表主要表达在加强体外表的孔隙或空隙上。的孔隙或空隙上。对任何加强体：外表对任何加强体：外表总亦多多少少地存在总亦多多少少地存在部分孔隙；且孔隙中部分孔隙；且孔隙中存在有气体；存在有气体；对界面的影响：部分孔对界面的影响：部分孔隙能被基体填充，部分隙能被基体填充，部分由于很难完全浸润，界由于很难完全浸润，界面结合不好，成为应力面结合不好，成为应力传送的薄弱环节。传送的薄弱环节。不易与树脂结不易与树脂结合，但易使树合，但易使树脂浸透，能使脂浸透，能使纤维间的空隙纤维间的空隙被树脂填充得被树脂填充得较为密实；

38、较为密实；(a)(b)(c)(d)能与树脂起较好的机能与树脂起较好的机械结协作用，但高粘械结协作用，但高粘度的基体有时很难完度的基体有时很难完全浸润其外表，呵斥全浸润其外表，呵斥很多空隙，成为应力很多空隙，成为应力传送的薄弱环节。传送的薄弱环节。egeg：极性的基体与极性的加强体有较强的界面结合，因此：极性的基体与极性的加强体有较强的界面结合，因此也就有较强的界面结合强度及复合资料强度。也就有较强的界面结合强度及复合资料强度。极性的取决要素：极性的取决要素：加强体的分子构造、物质构造及外场的作用。加强体的分子构造、物质构造及外场的作用。3.5.1.3 3.5.1.3 加强体外表的极性加强体外表

39、的极性分布均匀：界面结合均匀、完善；分布均匀：界面结合均匀、完善；分布不均：在界面部分构成缺陷，构成弱界面。分布不均：在界面部分构成缺陷，构成弱界面。 均一性的本质：均一性的本质：是指加强体外表的活性点分布的均一性，是指加强体外表的活性点分布的均一性，包括物理活性点及化学活性点。包括物理活性点及化学活性点。3.5.1.4 3.5.1.4 加强体外表的均一性加强体外表的均一性影响界面结合效果影响界面结合效果3.5.1.5 3.5.1.5 加强体外表的结晶特性加强体外表的结晶特性结晶特性：包括外表的结晶程度及晶体分布形结晶特性：包括外表的结晶程度及晶体分布形状。状。产生影响：影响复合资料的界面作用

40、和资料性产生影响：影响复合资料的界面作用和资料性能。能。图图3.14 3.14 高弹性碳纤维高弹性碳纤维PANPAN基的构造基的构造碳纤维外表晶碳纤维外表晶格陈列平行于格陈列平行于纤维外表纤维外表近似平行于纤近似平行于纤维轴向维轴向Eg:碳纤维碳纤维含碳量高的高度交联的聚含碳量高的高度交联的聚合物经过固相热裂解制成合物经过固相热裂解制成的。实践上是纯碳。的。实践上是纯碳。热裂解时，其他元素被排热裂解时，其他元素被排出，构成石墨晶格构造。出，构成石墨晶格构造。热裂解时，施加张力，碳热裂解时，施加张力，碳纤维轴向取向。纤维轴向取向。外表晶体越小外表晶体越小外表积就越大，外表积就越大，添加与基体的添

41、加与基体的粘结面。粘结面。3 35 52 2 加强体外表的化学特性与界面结合加强体外表的化学特性与界面结合化学特性化学特性外表化学组成和构造外表化学组成和构造外表的反响特性外表的反响特性加强体是加强体是否要进展否要进展外表处置外表处置加强体与加强体与基体能否基体能否构成化学构成化学结合结合能否易与能否易与环境接触环境接触反响而影反响而影响资料性响资料性能的稳定能的稳定重要性重要性3.5.2.1 3.5.2.1 玻璃纤维的外表化学组成玻璃纤维的外表化学组成留意：纤维整体的化学组成与外表的化学组成通常留意：纤维整体的化学组成与外表的化学组成通常不同。不同。 整体含有整体含有Si、O、Al、Ca、M

42、g、B、F、Na等元素。等元素。外表仅有外表仅有Si、O、Al等如今的等如今的EPS能谱能谱分析几乎可以测出分析几乎可以测出一切元素。一切元素。以以E-E-玻璃纤维为例：玻璃纤维为例：2点：Elmt Spect Type. Element % Atomic % O K ED 39.20 58.67 Al K ED 6.73 5.98 Si K ED 42.87 30.97 S K ED 0.52 0.39 Ca K ED 8.64 3.08 Ti K ED 0.65 0.33 Fe K ED 1.38 0.59 Total 100.00 100.00 1点：Elmt Spect Type. E

43、lement % Atomic %C K ED 10.34 15.39 O K ED 61.00 68.16 Al K ED 14.54 9.63 Si K ED 1.86 1.18 S K ED 1.97 1.10 CaK ED 9.77 4.36 Ti K ED 0.11 0.04 FeK ED 0.41 0.13 Total 100.00 100.00 三度空间的不三度空间的不规那么延续网规那么延续网络多面体络多面体所构成所构成3.5.2.2 3.5.2.2 玻璃纤维的构造及反响性玻璃纤维的构造及反响性 构造：与块状玻璃具有类似的构造。构造：与块状玻璃具有类似的构造。反响性？反响性？O

44、NaCaSi 1、多面体中心：电荷多、半、多面体中心：电荷多、半径小的阳离子；周围有阴离子，径小的阳离子；周围有阴离子，相互作用。可以以为内部这些相互作用。可以以为内部这些作用力是处于平衡形状；作用力是处于平衡形状；2、外表情况：阳离子在该处、外表情况：阳离子在该处不能获得所需求数量的氧离子，不能获得所需求数量的氧离子，产生外表张力，当处于力的不产生外表张力，当处于力的不平衡形状时，就有吸附外界物平衡形状时，就有吸附外界物质的倾向。质的倾向。3、研讨阐明：非、研讨阐明：非SiO2成分的成分的存在使玻璃外表形状与性质突存在使玻璃外表形状与性质突出地表现为吸湿性。出地表现为吸湿性。OHDOHSiOHODSi2式中式中D代表碱金属代表碱金属OSiOHSiOHSiOSiOHOHSiOHOSi2吸附水与玻璃纤维中的碱金属或碱土金属反响：吸附水与玻璃纤维中的碱金属或碱土金属反响：碱性碱性SiO2骨架破坏骨架破坏继续与水反响继续与水反响 由于吸附水的作用，玻纤外表带有由于吸