南京工业大学 材料表面与界面 第五章+有机-无机复合材料中的界面第一讲.ppt

第五章 有机-无机复合材料中的界面;1.1. 复合材料概述; 公元前3000年前，印度人用虫胶树脂制作复合板; 我国在封建时代故宫的建造中所使用了粘合剂;紫金山庄稻草裹水泥制盖板 负责人称是竹篾环保型;安远炮台始建于清光绪十年（1884年）中法战争镇海役之前，安远炮台为黄泥、沙、石灰、和糯米的混合物夯实而成，极坚固。;复合材料的定义 ;;复合材料的发展有三个过程;复合材料的发展的三个过程;基体材料和增强材料;复合材料;基体的主要种类 ;基体的作用 ;增强材料作用： 1）增强增韧； 2）提高使用温度； 3）提高耐磨性能； 4）提高其光电功能性能等 ;界 面;5.1.2 复合材料的界面效应;复合材料的界面效应;阻止裂纹的扩展;不连续效应;散射和吸收效应;界面化学效应;5.1. 3 复合材料界面理论;(2)浸润理论(wettability theory) ;3)极性理论 ;界面化学、扩散效应层理论;按材料 作用分类 ;按增强材料 的形态分类 ;按基体分类 ;依据增强材料的种类，则可分 ;1.1.5. 复合材料的现代应用; 2004年全世界复合材料产量为550万吨，中国位居世界第二，为102万吨。专家预测，到2010年中国复合材料产量将翻两番，达到400多万吨，从业人员将达到40多万，需要大量高层次人才。 2011实际产量381万吨。;1、粒子增强复合材料 粒子增强复合材料是将粒子高度弥散地分布在基体中，使其阻碍导致塑性变形的位错运动(金属基体)和分子链运动(聚合物基体)。 这种复合材料是各向同性的。 ;;3. 纳米粉体分散：纳米粒子团聚体分散成单个纳米粒子的过程;;;填料有碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、碳素和金属粒子等等。;5. 纳米粉体与聚合物基体的作用机理 无机纳米粉体对聚合物材料即具有增强强度又具有增强韧性双重作用 主要原因：粒子的本身的物化特性、粒子大小、表面结构、体积因素等综合作用的结果 通常认为：粒子越小，表面积越大，表面物理化学缺陷越多，粒子与高分子链发生物理化学结合机会越多，材料强度越大。 ?max = 35 (1- 2.71/(1+r2)) 复合材料的拉伸强度与颗粒基体间的粘附功： ?y,c＝ A exp(-K? ,c/Wa) K? ,c 与填料的含量，粒经有关的常数； Wa 粘附功， K? ,c 随着填料的含量增加而变大，随着粒经减小而减小；且颗粒越小，K? ,c 随着含量变化越不明显。粒经越小产生氢键和极化力越大，纳米粒子的界面因素对 Wa 粘附功贡献随之增大，复合材料拉伸强度增大。;如果考虑体积因素，这复合材料的强度与体积、粒经的关系式为： ?c = ? m[1- Vf2/3 + Gb/kd[(4?/3Vf)1/3-2].d/2] ?c 复合材料的剪切屈服强度， ?m为基体树脂的剪切屈服强度,Vf填料的体积填充分数，G基体树脂的剪切模量，b为Burger向量；d为粒子直径；Kd为颗粒聚集参数;从纳米复合材料制备时的材料状态看，填充型复合材料有5种制备方式： （1）固体纳米粉体－聚合物粉体直接混合；特点：机械作用力简便；但各 自容易团聚效果差，不适合金属粉体 （2） 固液混合分散法 纳米材料首先制备成有机悬浮体，与固相高分子材料混合分散性较好 （3）液体－液体混合分散 纳米材料制备成有机悬浮体，与高分子溶液或者高分子前驱体溶液混合 （4）固－液混合分散 固体纳米粒子与高分子溶液或者高分子前驱体溶液混合 （5）与聚合物熔体混合分散 只有表面改性过的纳米粉体与聚合物熔体混合才有可能制备出性能好的复合材料 ; （1）纳米AlN填充复合材料 无机纳米微粒AIN是一种高导热性和低热延展性的陶瓷粉末在纳米复合材料中起到增加硬度、降低热延展性、增加热导性的作用。 AIN +N-甲基吡咯烷酮 ? 稳定分散体系? 酸酐+苯胺? AlN+聚酰胺酸均匀分散体系 ? 热固化 AlN-聚酰亚胺 AlN-聚酰亚胺纳米复合材料热性能 AlN含量/％ 热导率/W(m.K-1) 热延展系数/?C-1 100 320 3.5 x 10-6 50 1.84 1.47 x 10-5 0 0.128