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.pptVIP

 (c)溶胶-凝胶的介质 常用的介质是水、醇、酰胺类、酮、卤代烃等，它们有的既是溶剂，又是参与反应的组分。  界面化学、扩散效应层理论 M — O — Si — M — O — Si — M — O — Si — M — O — Si — M — O — Si — M — O — Si — 无机介质 扩散界面层 ——偶联剂 ——高聚物 化学键连接界面 按材料 作用分类 结构复合材料 特点：具有良好的力学性能， 用于建造和构造结构的材料 功能复合材料 特点：以功能性为主导，如电学、 磁学、光学、热学、放射等性能 1.1.4. 复合材料的分类 按增强材料 的形态分类 短纤维 复合材料 粒状填充 复合材料 片状填充 复合材料 编织 复合材料 连续纤维 复合材料 缠绕 复合材料 增强相三种类型 SiC颗粒 Al2O3片 Al2O3纤维 增强相三种类型 按基体分类 高分子CM 金属CM 陶瓷 CM 同质物质 CM 依据增强材料的种类，则可分 玻璃纤维复合材料 碳纤维复合材料 有机纤维增强复合材料：Kevlar、PBO… 金属纤维复合材料（不锈钢） 陶瓷纤维复合材料——氧化铝、碳化硅、硼纤维 …… 1.1.5. 复合材料的现代应用 建筑工业上的应用 交通运输业 船舶和近海工程 防腐工程 电子/电气工业 航天航空和国防工业 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。 纤维增强高分子复合材料 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。 卫星用颗粒增强铝基复合材料零件 5.2 粒状增强型复合材料 2. 粒子与高分子聚合物的界面模型 无机填料粒子 界面区域 高分子聚合物 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 当纳米粒子浸入液体中，由于纳米粒子的表面能大，容易产生润湿效应。这种润湿效应实质是纳米粒子固气界面消失，固液界面形成过程： 体系自由能变化为：?G = ?sl - ?sv R 在不考虑粒子的重力、进入液体的浮力及阻力，仅仅考虑界面能的影响，根据润湿理论，粒子进入液体能垒为： ?G* ＝ ?vl ?R2(1-cos?)2 自发进入液体的热力学条件：润湿角为零 对于纳米粒子增强的有机聚合物材料，一般存在一定的润湿关系 纳米粒子之间的作用能很大，需要外界提供足够的能量才能使粒子进入液体， 假设粒子的浓度为 ?p, 不考虑粒子进入液体引起体密度变化，则所有粒子完全进入液体形成单位体积混合体系需要外力的功为： W = ?p[3 ?gl (1-cos?)2 /4R- R(2?p - ?l)g] R 很小时，第二项可以不计 ；粒子进入液体的难易与 ?、 ?gl 有关; ?p:粒子密度； ?l：液体密度 粒子进入液体能量变化模型  4.粒子增强原理 Particulate Composites （1）无机纳米粒子作为聚合物分子链的铰链点，对复合材料的抗拉强度有贡献 （2）无机纳米粒子具有能量传递效应，使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化，以免被破坏 （3）无机纳米粒子具有应力集中与应力辐射的平衡效应 （4）无机纳米粒子使用过多，使复合材料应力集中明显而易于宏观开裂，使材料性能下降 填料有碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、碳素和金属粒子等等。 传统颗粒增强复合材料的粒子要求 1.粒子的尺寸为1~50 μm以下。其它参数粒子间距为1~25μm，体积分数为0.05~0.5。 2.粒子具有亲水表现粒子的极性 3.粒子的化学成分、制备方法、晶型、颗粒形状、粒度分布、比表面积、表面结构、杂质含量 粒子增强复合材料的性能与增强体和基体的比例有关，某些性能只取决于各组成物质的相对数量和性能．复合材料的密度、模量可用混合定则来的描述，即 粒子复合材料，其体积分数与E成非线性关系 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：