第6章复合材料的界面

1、Polymer Composites界面的形成与作用机理化学键理论（偶联理论） 偶联剂分子至少有含有两种官能团，一种官能团可与增强材料反应，另一种可与基体反应（参与固化反应）。通过偶联剂的作用，将增强材料与树脂基体通过共价键牢固地连接在一起。 该理论不能解释许多未使用偶联剂或偶联剂不与增强材料、基体反应的复合材料体系。扩散理论（增强材料为有机纤维） 两相高聚物相互溶解、扩散 高聚物之间的粘接作用与其自粘作用（同种分子间的扩散）一样，也是高聚物分子键与链段的相互扩散（不同分子）引起的，由此产生强大的粘接力。界面的形成与作用机理电子静电理论 金属晶体-增强材料可看成一个电容器，二者各为一极板，相互

2、接触而使电容器充电，形成双电层，产生静电引力，使基体育增强材料粘接在一起。 该理论不能解释属性相近的聚合物也能牢固粘接，因为非极性聚合物之间是不能粘接的。机械联结理论 基体与增强物的粘接为机械粘接作用。首先液态基体渗入增强物的空隙中，然后基体凝固或固化而机械的镶嵌在增强物表面，产生机械结合力。界面的形成与作用机理变形层理论 偶联剂涂层是一种柔性层或变形层，能提供具有“自愈能力”的化学键。在外载作用下，处于不断形成与断裂的动态平衡状态，起到均匀传递应力，减弱界面应力的作用，从而提高基体与增强物的粘接性能。优先吸附理论 增强物优先吸附树脂中的不同成分（助剂），使界面层结构与性能具有梯度变化，有利于

3、消除应力，改善复合材料性能。界面的形成与作用机理影响界面的粘合强度的因素纤维表面晶体大小及比表面积晶体增大，模量增高，表面更光滑，惰性增加，粘合强度下降；比表面积增加，界面增大，粘合强度提高。浸润性浸润性增加，空隙率减小，杂质少，粘合强度增加界面反应性（与层剪强度有关）反应性增加，强度增加残余应力残余应力增加，界面强度降低 热膨胀系数不同引起热引力； 树脂固化体积收缩引起的内应力界面破坏机理 在复合材料中，受外力作用时，基体中会产生微裂纹，并由基体逐渐扩展到纤维表面，使纤维脱粘（或拔出），甚至断裂。 界面存在物理键（即范德华力）和化学键。其中化学键是主要的，界面破坏时，二种键均受到破坏。弱界面

4、：韧性破坏（纤维脱粘或拔出）强界面：脆性破坏（纤维断裂）三、水对复合材料及界面的破坏作用水的浸入（通过扩散作用进入界面）水对玻纤的腐蚀 水溶解玻纤表面碱金属氧化物，溶液呈碱性，并加剧玻纤表面腐蚀破坏，最后导致玻纤SiO2骨架破坏，玻纤强度降低，复合材料性能下降。从树脂宏观裂纹进入（有化学应力和热应力产生裂纹）；树脂内存在的杂质（水溶性杂质）；复合材料成型中在材料内部产生的气泡三、水对复合材料及界面的破坏作用水对树脂的降解物理效应（可逆）：破坏树脂内氢键或其他次价键，使树脂增塑，热机械性能下降；化学效应（不可逆）：与树脂内化学键发生化学作用，树脂降解水溶胀树脂导致界面破坏 树脂溶胀，在界面上产生剪应力。当剪应力大于界面粘接力时，界面破坏。三、水对复合材料及界面的破坏作用水进入孔隙产生渗透压导致界面破坏 水进入孔隙，溶解杂质，浓度增加，渗透压增加，一定温度、时间时，渗透压大于粘接力，导致界面破