紡織行業(yè)及復(fù)合材料管理知識分析界面課件

第六章復(fù)合材料的界面(4學(xué)時(shí))上一章第一節(jié)研究復(fù)合材料界面的重要性第二節(jié)高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理第三節(jié)填充、增強(qiáng)材料的表面處理第四節(jié)復(fù)合材料界面分析技術(shù)第六章復(fù)合材料的界面(4學(xué)時(shí))上一章第一節(jié)研究復(fù)Chapter6InterfaceofPolymerMatrix

LearningObjectives理解復(fù)合材料界面的形成和作用機(jī)理；了解填充、增強(qiáng)材料的表面處理方法；掌握復(fù)合材料的界面分析技術(shù)；Chapter6InterfaceofPolyme第一節(jié)研究復(fù)合材料界面的重要性一、界面：由于復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的化學(xué)性質(zhì)或物理相不同的材料組成的，所以除了材料的本體性質(zhì)、表面性質(zhì)外，還有由于不同材料之間相互接觸所產(chǎn)生的共有的接觸面，也就是界面。二、重要性：

1.無論是金屬材料、陶瓷材料還是高聚物構(gòu)成的復(fù)合材料，其界面是在熱、力學(xué)以及化學(xué)等環(huán)境條件下形成的體系，具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因而對復(fù)合材料的影響也是巨大；2.高聚物許多有價(jià)值的功能，都是通過其表面與外在環(huán)境的接觸面形成的界面來作貢獻(xiàn)的；3.材料的性質(zhì)的優(yōu)劣在很大程度上取決于界面相互作用的結(jié)果;4.界面層成為復(fù)合材料組成的一部分，它的組成、結(jié)構(gòu)與性能，是由填充、增強(qiáng)材料與基體材料的組成及它們間的反應(yīng)性能所決定的，因此在復(fù)合前必須對填充、增強(qiáng)材料的表面進(jìn)行研究及改性。第一節(jié)研究復(fù)合材料界面的重要性一、界面：由于復(fù)合材料是由兩三、復(fù)合材料界面的設(shè)計(jì)原則三、復(fù)合材料界面的設(shè)計(jì)原則第二節(jié)高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理一、界面層的形成1.增強(qiáng)材料與高聚物間界面的形成首先要求增強(qiáng)材料與基體之間能夠浸潤和接觸，是界面形成的第一階段;2.能否浸潤，這主要取決于它們的表面自由能，即表面張力，表面張力是物質(zhì)的主要表面性能之一;3.表面分子所特有的位能，就稱為表面能或表面自由能;4.外界為增加表面積所消耗的功就叫做表面功。第二節(jié)高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理一、界面層的形成5.表面張力的計(jì)算：5.表面張力的計(jì)算：6.增強(qiáng)材料與基體材料之間界面形成的第二階段就是增強(qiáng)材料要與基體材料間通過相互作用而使界面固定下來，形成固定的界面層;7.界面層是由于復(fù)合材料中增強(qiáng)材料表面與基體材料表面的相互作用而形成的，或者說界面層是由增強(qiáng)材料與基體材料之間的界面以及增強(qiáng)材料和基體材料的表面薄層構(gòu)成;8.界面層的作用是使基體材料與增強(qiáng)材料形成一個(gè)整體，并通過它傳遞應(yīng)力。6.增強(qiáng)材料與基體材料之間界面形成的第二階段就是增強(qiáng)材料要紡織行業(yè)及復(fù)合材料管理知識分析界面二、界面層的作用機(jī)理1.化學(xué)鍵理論化學(xué)鏈理論認(rèn)為增強(qiáng)材料與基體材料之間必須形成化學(xué)鍵才能使粘結(jié)界面產(chǎn)生良好的粘結(jié)強(qiáng)度，形成界面。2.弱邊界層理論

邊界層內(nèi)存在有低強(qiáng)度區(qū)城，別稱為弱邊界層;

在聚合物基體內(nèi)部，形成弱邊界層的原因可能是由以下的因素造成的.(1)是由于聚合過程中所帶入的雜質(zhì);(2)是聚合過程中末完全轉(zhuǎn)化的低相對分子質(zhì)量物質(zhì)；(3)是加入的各種助劑的影響；(4)是在商品貯存及運(yùn)輸過程中不慎帶入的雜質(zhì)等。二、界面層的作用機(jī)理1.化學(xué)鍵理論3.物理(浸潤)吸附理論基體樹脂與增強(qiáng)材料之間的結(jié)合主要是取決于次價(jià)力的作用，粘結(jié)作用的優(yōu)劣決定于相互之間的浸潤性;4.機(jī)械粘結(jié)理論機(jī)械粘結(jié)的關(guān)鍵是被粘物體的表面必須有大量的槽溝、多孔穴，粘合劑經(jīng)過流動(dòng)、擠壓、浸滲而填入到這些孔穴內(nèi)，固化后就在孔穴中緊密地結(jié)合起來，表現(xiàn)出較高的粘合強(qiáng)度。3.物理(浸潤)吸附理論紡織行業(yè)及復(fù)合材料管理知識分析界面第三節(jié)填充、增強(qiáng)材料的表面處理高聚物復(fù)合材料是由填充或增強(qiáng)材料與基體樹脂兩相組成的，兩相之間存在著界面，并通過界面的作用使兩種不同種類的材料結(jié)合在一起，使復(fù)合材料具備了原單一組成材料所不能體現(xiàn)出來的性能;一些常用的填充、增強(qiáng)材料的表面處理理論及具體實(shí)施的方法:一、玻璃纖維的表面處理玻璃纖維的主要成分是硅酸鹽，與高聚物的界面粘合性不好，因此常常要采用有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑與有機(jī)鉻合物偶聯(lián)劑對玻璃纖維的表面進(jìn)行處理；由于通過這兩種不同的基團(tuán)的反應(yīng)，能夠把兩種不同性質(zhì)的材料連接起來，因此稱為偶聯(lián)劑。第三節(jié)填充、增強(qiáng)材料的表面處理高聚物復(fù)合材料是由填充或增（一）表面的處理機(jī)理：（一）表面的處理機(jī)理：1.首先為硅烷偶聯(lián)劑水解：2.硅醇之間進(jìn)行縮合反應(yīng)，形成低聚體;3.吸水玻璃纖維的表面與硅醇之間形成氫鍵：1.首先為硅烷偶聯(lián)劑水解：(4)最后干燥脫水，玻璃纖維表面與硅酵之間形成共價(jià)鍵;（二）表面處理的方法：A.在玻璃纖維清潔的表面涂敷硅烷偶聯(lián)劑；B.在玻璃纖維紡絲的過程中就用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行處理；C.在玻璃纖維增強(qiáng)高聚物成型時(shí)，把偶聯(lián)劑直接摻混到基體當(dāng)中去。(4)最后干燥脫水，玻璃纖維表面與硅酵之間形成共價(jià)鍵;（二（三）偶聯(lián)劑的作用機(jī)理（三）偶聯(lián)劑的作用機(jī)理二、碳纖維的表面處理1.氧化法氧化法主要有氣相氧化法、液相氧化法、陽極氧化法;2.沉積法沉積法是指在高溫及還原性氣氛中，使烴類、金屬鹵化物等以碳、碳化物的形式在碳纖維表面形成沉積膜或生長晶須，從而可對碳纖維表面進(jìn)行改性;3.電沉積與電聚合法電沉積法就是利用電化學(xué)的方法使聚合物層均勻而致密地覆蓋在碳纖維的表面上;

電聚合的方法是以碳纖維作為電極，以一些單體溶解在溶劑中為電解液。二、碳纖維的表面處理1.氧化法4.等離子體處理法：

等離子體是一種全部或者部分電離了的氣體狀態(tài)物質(zhì)，含有原子、分子、離子亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)，并且電子、正離子與負(fù)離子的含量大致相等，因而稱為等離子體。等離子體共有三種:即高溫(熱)等離子體、低溫(冷)等離子體、混合等離子體。4.等離子體處理法：三、粉末填料的表面處理1.單烷氧基脂肪酸型2.單烷氧基焦磷酸酯型3.螯合型4.配位體型三、粉末填料的表面處理1.單烷氧基脂肪酸型作業(yè)題：舉例說明界面層的作用機(jī)理；說明復(fù)合材料界面分析技術(shù)研究方法特點(diǎn)。作業(yè)題：舉例說明界面層的作用機(jī)理；第四節(jié)復(fù)合材料界面分析技術(shù)一、紅外光譜研究1.高聚物界面的紅外光譜的表示方法：透射光譜法，表面研磨法，內(nèi)反射光譜法，漫反射光譜法、反射-吸收光譜法等；2.紅外光譜運(yùn)用舉例：第四節(jié)復(fù)合材料界面分析技術(shù)一、紅外光譜研究二、電子顯微鏡法電子顯微鏡的分類：A.透射電子顯微鏡(TEM):(1)試樣要求：試樣必須是對電子有高透明度的材料，為使電子束透過，樣品的厚度在0.2um以下，最好是0.05um為宜；(2)使用TEM可研究聚合物合金內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和分散狀態(tài)；交聯(lián)聚合物的網(wǎng)絡(luò)、交聯(lián)程度和交聯(lián)密度以及聚合物的結(jié)晶形態(tài)等。

B.掃描電子顯微鏡(SEM):磨平，拋光，鍍金，觀察;(2)研究高聚物復(fù)合材料，包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料以及高聚物與金屬粘合的復(fù)合材料等，可以通過觀察復(fù)合材料破壞表面的形貌來評價(jià)纖維與樹脂、金屬與高聚物界面的粘結(jié)性能，以及結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能之間的關(guān)系;二、電子顯微鏡法電子顯微鏡的分類：返回返回紡織行業(yè)及復(fù)合材料管理知識分析界面第六章復(fù)合材料的界面(4學(xué)時(shí))上一章第一節(jié)研究復(fù)合材料界面的重要性第二節(jié)高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理第三節(jié)填充、增強(qiáng)材料的表面處理第四節(jié)復(fù)合材料界面分析技術(shù)第六章復(fù)合材料的界面(4學(xué)時(shí))上一章第一節(jié)研究復(fù)Chapter6InterfaceofPolymerMatrix

LearningObjectives理解復(fù)合材料界面的形成和作用機(jī)理；了解填充、增強(qiáng)材料的表面處理方法；掌握復(fù)合材料的界面分析技術(shù)；Chapter6InterfaceofPolyme第一節(jié)研究復(fù)合材料界面的重要性一、界面：由于復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的化學(xué)性質(zhì)或物理相不同的材料組成的，所以除了材料的本體性質(zhì)、表面性質(zhì)外，還有由于不同材料之間相互接觸所產(chǎn)生的共有的接觸面，也就是界面。二、重要性：

1.無論是金屬材料、陶瓷材料還是高聚物構(gòu)成的復(fù)合材料，其界面是在熱、力學(xué)以及化學(xué)等環(huán)境條件下形成的體系，具有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因而對復(fù)合材料的影響也是巨大；2.高聚物許多有價(jià)值的功能，都是通過其表面與外在環(huán)境的接觸面形成的界面來作貢獻(xiàn)的；3.材料的性質(zhì)的優(yōu)劣在很大程度上取決于界面相互作用的結(jié)果;4.界面層成為復(fù)合材料組成的一部分，它的組成、結(jié)構(gòu)與性能，是由填充、增強(qiáng)材料與基體材料的組成及它們間的反應(yīng)性能所決定的，因此在復(fù)合前必須對填充、增強(qiáng)材料的表面進(jìn)行研究及改性。第一節(jié)研究復(fù)合材料界面的重要性一、界面：由于復(fù)合材料是由兩三、復(fù)合材料界面的設(shè)計(jì)原則三、復(fù)合材料界面的設(shè)計(jì)原則第二節(jié)高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理一、界面層的形成1.增強(qiáng)材料與高聚物間界面的形成首先要求增強(qiáng)材料與基體之間能夠浸潤和接觸，是界面形成的第一階段;2.能否浸潤，這主要取決于它們的表面自由能，即表面張力，表面張力是物質(zhì)的主要表面性能之一;3.表面分子所特有的位能，就稱為表面能或表面自由能;4.外界為增加表面積所消耗的功就叫做表面功。第二節(jié)高聚物復(fù)合材料界面的形成及作用機(jī)理一、界面層的形成5.表面張力的計(jì)算：5.表面張力的計(jì)算：6.增強(qiáng)材料與基體材料之間界面形成的第二階段就是增強(qiáng)材料要與基體材料間通過相互作用而使界面固定下來，形成固定的界面層;7.界面層是由于復(fù)合材料中增強(qiáng)材料表面與基體材料表面的相互作用而形成的，或者說界面層是由增強(qiáng)材料與基體材料之間的界面以及增強(qiáng)材料和基體材料的表面薄層構(gòu)成;8.界面層的作用是使基體材料與增強(qiáng)材料形成一個(gè)整體，并通過它傳遞應(yīng)力。6.增強(qiáng)材料與基體材料之間界面形成的第二階段就是增強(qiáng)材料要紡織行業(yè)及復(fù)合材料管理知識分析界面二、界面層的作用機(jī)理1.化學(xué)鍵理論化學(xué)鏈理論認(rèn)為增強(qiáng)材料與基體材料之間必須形成化學(xué)鍵才能使粘結(jié)界面產(chǎn)生良好的粘結(jié)強(qiáng)度，形成界面。2.弱邊界層理論

邊界層內(nèi)存在有低強(qiáng)度區(qū)城，別稱為弱邊界層;

在聚合物基體內(nèi)部，形成弱邊界層的原因可能是由以下的因素造成的.(1)是由于聚合過程中所帶入的雜質(zhì);(2)是聚合過程中末完全轉(zhuǎn)化的低相對分子質(zhì)量物質(zhì)；(3)是加入的各種助劑的影響；(4)是在商品貯存及運(yùn)輸過程中不慎帶入的雜質(zhì)等。二、界面層的作用機(jī)理1.化學(xué)鍵理論3.物理(浸潤)吸附理論基體樹脂與增強(qiáng)材料之間的結(jié)合主要是取決于次價(jià)力的作用，粘結(jié)作用的優(yōu)劣決定于相互之間的浸潤性;4.機(jī)械粘結(jié)理論機(jī)械粘結(jié)的關(guān)鍵是被粘物體的表面必須有大量的槽溝、多孔穴，粘合劑經(jīng)過流動(dòng)、擠壓、浸滲而填入到這些孔穴內(nèi)，固化后就在孔穴中緊密地結(jié)合起來，表現(xiàn)出較高的粘合強(qiáng)度。3.物理(浸潤)吸附理論紡織行業(yè)及復(fù)合材料管理知識分析界面第三節(jié)填充、增強(qiáng)材料的表面處理高聚物復(fù)合材料是由填充或增強(qiáng)材料與基體樹脂兩相組成的，兩相之間存在著界面，并通過界面的作用使兩種不同種類的材料結(jié)合在一起，使復(fù)合材料具備了原單一組成材料所不能體現(xiàn)出來的性能;一些常用的填充、增強(qiáng)材料的表面處理理論及具體實(shí)施的方法:一、玻璃纖維的表面處理玻璃纖維的主要成分是硅酸鹽，與高聚物的界面粘合性不好，因此常常要采用有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑與有機(jī)鉻合物偶聯(lián)劑對玻璃纖維的表面進(jìn)行處理；由于通過這兩種不同的基團(tuán)的反應(yīng)，能夠把兩種不同性質(zhì)的材料連接起來，因此稱為偶聯(lián)劑。第三節(jié)填充、增強(qiáng)材料的表面處理高聚物復(fù)合材料是由填充或增（一）表面的處理機(jī)理：（一）表面的處理機(jī)理：1.首先為硅烷偶聯(lián)劑水解：2.硅醇之間進(jìn)行縮合反應(yīng)，形成低聚體;3.吸水玻璃纖維的表面與硅醇之間形成氫鍵：1.首先為硅烷偶聯(lián)劑水解：(4)最后干燥脫水，玻璃纖維表面與硅酵之間形成共價(jià)鍵;（二）表面處理的方法：A.在玻璃纖維清潔的表面涂敷硅烷偶聯(lián)劑；B.在玻璃纖維紡絲的過程中就用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行處理；C.在玻璃纖維增強(qiáng)高聚物成型時(shí)，把偶聯(lián)劑直接摻混到基體當(dāng)中去。(4)最后干燥脫水，玻璃纖維表面與硅酵之間形成共價(jià)鍵;（二（三）偶聯(lián)劑的作用機(jī)理（三）偶聯(lián)劑的作用機(jī)理二、碳纖維的表面處理1.氧化法氧化法主要有氣相氧化法、液相氧化法、陽極氧化法;2.沉積法沉積法是指在高溫及還原性氣氛中，使烴類、金屬鹵化物等以碳、碳化物的形式在碳纖維表面形成沉積膜或生長晶須，從而可對碳纖維表面進(jìn)行改性;3.電沉積與電聚合法電沉積法就是利用電化學(xué)的方法使聚合物層均勻而致密地覆蓋在碳纖維的表面上;

電聚合的方法是以碳纖維作為電極，以一些單體溶解在溶劑中為電解液。二、碳纖維的表面處理1.氧化法4.等離子體處理法：

等離子體是一種全部或者部分電離了的氣體狀態(tài)物質(zhì)，含有原子、分子、離子亞穩(wěn)態(tài)和激發(fā)態(tài)，并且電子、正離子與負(fù)離子的含量大致相等，因而稱為等離子體。等離子體共有三種:即高溫(熱)等離子體、低溫(