256复合材料的复合原理及界面.pptVIP

思考题： 1、混杂增强希望达到的目的是什么？试举例分析。 2、试分析长纤维与颗粒混杂增强的优势和不足。 1、充分利用不同增强体的性能优势，获得比单一复合更加优异的综合性能。 2、优势：获得良好单向性能的同时，获得良好的基体性能。不足：长纤维增强的制备成本高，颗粒增强使成型难度更大。 2.6 复合材料界面及其改性 界面的基本概念 复合材料的界面粘结机理 聚合物基复合材料的界面改性 金属基复合材料的界面改性 层状复合材料的界面 一、界面的基本概念 复合材料的界面是指基体与增强体之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。 复合材料的界面虽然很小，但它是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，是一个区域，或一个带、一层，它的厚度呈不均匀分布状态。 图2 聚碳酸酯（PC） /PP共混合金形态结构的SEM照片 2.6 复合材料界面及其改性 界面的基本概念 复合材料的界面粘结机理 聚合物基复合材料的界面改性 金属基复合材料的界面改性 层状复合材料的界面 思考题 1、复合材料的界面在复合材料中能发挥怎样的作用？ 2、复合材料的界面粘结机理有哪些？请举出一种加以说明。 三、聚合物基复合材料的界面改性 界面粘结强度是衡量复合材料中增强体与基体间界面结合状态的一个指标。 界面粘结强度对复合材料整体力学性能的影响很大，界面粘结过高或过弱都是不利的。 影响复合材料界面效应的因素 在复合材料成型过程中形成的界面残余应力，会使界面传递应力的能力下降，最终导致复合材料的力学性能降低。 在增强纤维与基体之间引入一层可产生变形的界面层，在应力作用下吸收导致微裂纹增长的能量，从而抑制微裂纹的扩展。 控制复合材料成型过程的冷却方式，后者对复合材料进行适当的热处理，将可能消除或者减弱界面内应力，有效提高复合才俩的剪切屈服强度，避免力学性能降低。 二氧化硅颗粒（硅微粉）在工程塑料中有广泛的应用。 二氧化硅的表面改性一般采用一定的机物物质，通过合适的工艺方法使其吸附在SiO2颗粒的表面或直接与SiO2表面的羟基发生化学反应，减少颗粒表面硅醇基数量。 表面化学改性可采用醇酯法、硅烷偶联剂和硅烷偶联剂聚合物复合改性等方法。 将超细二氧化硅硅烷偶联剂改性法和聚合物包覆法结合起来，有目的的对超细二氧化硅表面接枝不同性能的聚合物，具有接枝包敷均匀完全、分散程度好等优点。 图 二氧化硅(SiO2)/环氧树脂复合材料 图 高纯纳米 SiO2的TEM照片和XRD谱 四、金属基复合材料的界面及其改性方法 金属基复合材料的特点是容易发生界面反应而生成脆性界面。 若基体为合金，则还易出现某元素在界面上富集的现象（成分偏析）。 图1 电镀镍碳纤维-铝基复合材料 2.6 复合材料界面及其改性 界面的基本概念 聚合物基复合材料的界面改性 金属基复合材料的界面及其改性方法 层状复合材料的界面 2.6 复合材料界面及其改性 界面的基本概念 复合材料的界面粘结机理 聚合物基复合材料的界面改性 金属基复合材料的界面改性 层状复合材料的界面 思考题 1、与聚合物基复合材料的界面相比，金属基复合材料的界面有哪些特点？ 2、避免金属基复合材料界面过度化学反应的措施有哪些？ 　　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。 　　对碳纤维表面上涂覆惰性涂层和能与基体树脂发生反应或聚合的涂层，比较后发现，惰性涂层效果较好，活性涂层可能由于降低了相界面的浸润性而效果不良。 　　浸润不良将会在界面产生空隙，易产生应力集中而使复合材料发生开裂。 选择合适的偶联剂也很重要，所选处理增强材料表面的偶联剂应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。 玻璃纤维使用硅烷作为偶联剂可使复合材料的性能大大改善，碳纤维经氧化处理或等离子体处理以及适当的涂层都可以收到很好的效果。 　　 碳纤维经过空气表面氧化后，其表面物理、化学状态均发生了变化，比表面积增加，表面粗糙度增加，含氧官能团的种类和数量也有所增加，这些因素都会促进聚合物基复合材料界面结合强度的提高，纤维/基体界面结合对总性能有很大的影响，从而使复合材料的综合力学性能也相应提高。 在制备聚合物基复合材料时，一般是把聚合物(液态树脂)均匀地浸渍或涂刷在增强材料上。 树脂对增强材料的浸润性是指树脂能否均匀地分布在增强材料的周围，这是树脂与增强材料能否形成良好粘结的重要前提。 金属基复合材料的界面控制主要有以下两方面： 　　1．对增强材料进行表面处理 　　在增强材料组元上预先涂层以改善增强材料与基体的浸润性，同时涂层还应起到防止发生反应的阻挡层作用。 　　在碳纤维增强A1复合材料中，在碳纤维上涂Ti-B涂层；在碳纤维增强Mg复合材料中采用SiO2作涂层；在硼纤维增强A1复合材料中用SiC涂层等