復合材料的界面及復合原則

1、12 要想制備一種要想制備一種，首先應，首先應根據(jù)根據(jù)所要求的性能所要求的性能進行設計，這樣才能成進行設計，這樣才能成功地制備出功地制備出性能理想的復合材料性能理想的復合材料。復合材料的設計應復合材料的設計應如下：如下：3挑選最合適的挑選最合適的尤為重要。尤為重要。在在選擇材料組元選擇材料組元時，首先應明確時，首先應明確，也就是說，也就是說，必須明確必須明確對材料性能的要求對材料性能的要求。4對對，即要求，即要求復合后復合后材料材料達到如下性能，如達到如下性能，如高強度高強度、高剛度高剛度、高耐蝕高耐蝕、耐磨耐磨、耐熱耐熱或其它的或其它的導電導電、傳熱傳熱等性能或者某些等性能或者某些綜合性能綜

2、合性能如如既高強又耐蝕、既高強又耐蝕、耐熱耐熱。5因此，必須根據(jù)因此，必須根據(jù)來來選擇組成復合材料的選擇組成復合材料的和和。例如，若所設計的復合材料是例如，若所設計的復合材料是，則復合的目的就是要使復合后材料具有，則復合的目的就是要使復合后材料具有最佳的強度、剛度和韌性最佳的強度、剛度和韌性等等.6因此，設計因此，設計時，首先必時，首先必須明確其中須明確其中，它必須具有它必須具有高強度和高模量高強度和高模量。這種組元就是。這種組元就是所要選擇的所要選擇的；而其它組元應起而其它組元應起，而且要而且要把增強材料粘結在一起把增強材料粘結在一起，這類組元就，這類組元就是要選的是要選的。7其次，除考慮其

3、次，除考慮外，還應考慮組外，還應考慮組成復合材料的成復合材料的，這包括，這包括物理物理、化學化學、力學力學等性能的相容，使材料各等性能的相容，使材料各組元組元彼此和諧地彼此和諧地共同發(fā)揮作用。共同發(fā)揮作用。在任何使用環(huán)境中，復合材料的在任何使用環(huán)境中，復合材料的各組元各組元之間的之間的、等都應等都應相互或彼此相互或彼此協(xié)調一致協(xié)調一致。8第三，要考慮復合材料第三，要考慮復合材料，使，使增強材料與基體之間增強材料與基體之間達到比較理想的達到比較理想的具具有一定結合強度的界面有一定結合強度的界面。適當?shù)倪m當?shù)牟粌H有利于不僅有利于提高材料提高材料的整體強度，的整體強度，更重要的是更重要的是便于將基體

4、所承受的便于將基體所承受的載荷通過界面?zhèn)鬟f給增強材料載荷通過界面?zhèn)鬟f給增強材料，以充分發(fā)揮其，以充分發(fā)揮其增強作用。增強作用。9若若，界面很難傳遞載荷界面很難傳遞載荷，不能起潛在材料的作用，不能起潛在材料的作用，影響復合材料的整影響復合材料的整體強度體強度；但但也不利，它也不利，它遏制復合材遏制復合材料斷裂對能量的吸收料斷裂對能量的吸收，易發(fā)生，易發(fā)生。除此之外，還應聯(lián)系到除此之外，還應聯(lián)系到整個復合材料的整個復合材料的結構結構來考慮。來考慮。10 具體到具體到和和增強復合材料增強復合材料來來說，說，與與顆?；蚶w維的顆?；蚶w維的、及及有關。有關。顆粒和纖維顆粒和纖維增強復合材料的增強復合材料的

5、設計原則設計原則如下：如下：11(1)顆粒應顆粒應地分散地分散在基體中，使其在基體中，使其阻礙阻礙的位錯運動的位錯運動(金屬、陶瓷基體金屬、陶瓷基體)或或分子分子鏈的運動鏈的運動(聚合物基體聚合物基體)。12(2)要合適。要合適。因為因為，會引起，會引起應力集中應力集中或或本身破碎本身破碎，從而導致材料強度降低；，從而導致材料強度降低；，則起不到，則起不到大的強化作用大的強化作用。因此，一般粒徑為幾微米到幾十微米。因此，一般粒徑為幾微米到幾十微米。13(3)一般大于一般大于20。數(shù)量。數(shù)量太少，達不到太少，達不到最佳的強化效果最佳的強化效果。(4)顆粒與基體之間顆粒與基體之間應有應有。14(1

6、)纖維的纖維的都要都要高于基體高于基體，即，即纖維應纖維應，因為除個別情，因為除個別情況外，在多數(shù)情況下況外，在多數(shù)情況下承載主要是靠增強纖維承載主要是靠增強纖維。(2)纖維與基體之間纖維與基體之間要有要有，兩者之間結合要保證兩者之間結合要保證傳遞傳遞給纖維。給纖維。15(3)纖維與基體的纖維與基體的不能相差過不能相差過大大，否則，否則在熱脹冷縮過程中在熱脹冷縮過程中會自動會自動削弱它們削弱它們之間的結合強度之間的結合強度。(4)纖維與基體之間纖維與基體之間，特別是，特別是不發(fā)生強烈的反應不發(fā)生強烈的反應，否則將引，否則將引起起而失去強化作用。而失去強化作用。16(5)、和和必必須適宜。須適宜

7、。一般而言，基體中一般而言，基體中，其其；，則，則，；大大高于大大高于，必須大于一定的長度必須大于一定的長度(一般一般是長徑比是長徑比5)才能顯示出才能顯示出明顯的增強效果明顯的增強效果。17 選擇后，就要考慮所采用的選擇后，就要考慮所采用的，即，即具體的制備方法具體的制備方法。主要應考慮以下四個主要應考慮以下四個方面：方面：18(1)所選的所選的對材料組元的損傷對材料組元的損傷最小最小，尤其是，尤其是纖維或晶須摻入基體之中時纖維或晶須摻入基體之中時，一些一些往往造成往往造成；19(2)能使能使(纖維纖維、顆顆粒粒、晶須晶須)均勻分布均勻分布或按預設計要求或按預設計要求規(guī)則排列規(guī)則排列；(3)

8、使最終形成的復合材料使最終形成的復合材料在性能上在性能上達到達到，即達到，即達到揚長避短揚長避短，而且各組元仍保留著而且各組元仍保留著固有的特性固有的特性。20在在制備方法的選擇上制備方法的選擇上還應考慮還應考慮，在能，在能達到復合材料使用要求達到復合材料使用要求的情的情況下，盡可能選擇況下，盡可能選擇以以降低降低制備成本制備成本。針對不同的針對不同的增強材料和基體特性增強材料和基體特性應采應采用不同的制備方法，用不同的制備方法，21如如，采用，采用纖維與顆粒、纖維與顆粒、晶須晶須增強時，同樣采用固態(tài)法，但增強時，同樣采用固態(tài)法，但用纖維增用纖維增強時強時，一般采用，一般采用；而用；而用顆?；?/p>

9、晶須顆?；蚓ы氃鰪姇r增強時，往往采用，往往采用。因為因為顆粒或晶須增強時顆?；蚓ы氃鰪姇r若采用若采用，勢必使勢必使制造工藝十分復雜制造工藝十分復雜，且，且無法保證顆粒無法保證顆粒或晶須均勻分散或晶須均勻分散。22是指是指基體與增強基體與增強物之間物之間有顯著變化的、有顯著變化的、構構成成彼此結合的、能起彼此結合的、能起的微小區(qū)域。的微小區(qū)域。23復合材料的界面雖然復合材料的界面雖然，但它，但它是有尺寸的，約是有尺寸的，約，是一個區(qū)域或一個帶、或一層，它的是一個區(qū)域或一個帶、或一層，它的厚度呈厚度呈不均勻分布狀態(tài)不均勻分布狀態(tài)。24包含以下幾個部分：包含以下幾個部分：基體和增強物的部分基體和增強

10、物的部分；基體與增強物相互作用基體與增強物相互作用，此，此的接觸面；的接觸面；25基體和增強物基體和增強物的的；增強物上的增強物上的；基體和增強物上基體和增強物上的的等。等。26在化學成分上在化學成分上，除了，除了、及及外，還有外，還有、。這些成分或以這些成分或以原始狀態(tài)原始狀態(tài)存在，或存在，或重新重新組合成組合成新的化合物。新的化合物。因此，界面上的因此，界面上的是是很復雜的。很復雜的。27是是復合材料的特征復合材料的特征，可將，可將歸納為以下幾種效應。歸納為以下幾種效應。 (1) 界面能傳遞力，即界面能傳遞力，即，起到基體和增強物之間的橋梁作，起到基體和增強物之間的橋梁作用。用。 (2)

11、結合適當?shù)慕缑嬗薪Y合適當?shù)慕缑嬗小⒌淖饔?。的作用?8(3) 在界面上產生在界面上產生和和的現(xiàn)象，如的現(xiàn)象，如抗電性抗電性、電感應性電感應性、磁性磁性、耐熱性耐熱性、尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性等。等。(4) 光波光波、聲波聲波、熱彈熱彈性波性波、沖擊波沖擊波等在界面等在界面，如，如透透光性光性、隔熱性隔熱性、隔音性隔音性、耐機械沖擊耐機械沖擊及及耐熱沖耐熱沖擊擊性等。性等。29(5) 一種一種(通常是增強物通常是增強物)使另一種使另一種(通常是聚合物基體通常是聚合物基體)與與之接觸的物質的結構之接觸的物質的結構，由此產生一些現(xiàn)象，如，由此產生一些現(xiàn)象，如強的彈性強的彈性、低的低的膨脹性膨脹性、耐沖擊

12、性耐沖擊性和和耐熱性耐熱性等。等。30，是，是任何一種單任何一種單體材料所沒有的特性體材料所沒有的特性，它對復合材料具有重，它對復合材料具有重要作用。要作用。例如在例如在粒子彌散強化金屬中粒子彌散強化金屬中，從而，從而提高復合材料強度提高復合材料強度；在在纖維增強塑料纖維增強塑料中，中，纖維與基體界面纖維與基體界面等。等。31因而因而在任何復合材料中在任何復合材料中，和和的的是關于這種復合材料是關于這種復合材料是否有使用價值是否有使用價值、能否推廣使用能否推廣使用的一個極重的一個極重要的問題。要的問題。既與既與界面結合狀態(tài)界面結合狀態(tài)、形態(tài)形態(tài)和和物物理理-化學性質化學性質等有關，也與等有關，

13、也與界面兩側組分材界面兩側組分材料的浸潤性料的浸潤性、相容性相容性、擴散性擴散性等密切相聯(lián)。等密切相聯(lián)。32并不是一個單純的并不是一個單純的幾何面，而是一個幾何面，而是一個，界面區(qū)是從界面區(qū)是從與增強劑內部性質不同的某一與增強劑內部性質不同的某一點開始點開始，直到，直到與樹脂基體內整體性質相一與樹脂基體內整體性質相一致的點致的點間的區(qū)域。間的區(qū)域。33界面區(qū)域的界面區(qū)域的都不同于都不同于兩相兩相中的任一相中的任一相。從結構上來分，這一從結構上來分，這一由由組成組成(見下圖所示見下圖所示)：341一外力場；一外力場； 2-場所樹脂基體；場所樹脂基體；3-基體表面區(qū)；基體表面區(qū)；4-相互滲透區(qū)相互

14、滲透區(qū) 5一增強劑表面；一增強劑表面；6-增強劑增強劑每一亞層的性能均每一亞層的性能均與與樹脂基體樹脂基體和和增強劑增強劑的的性質、性質、偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑的品種和的品種和性質、復合材料的性質、復合材料的成型成型方法方法等密切有關。等密切有關。35基體和增強物基體和增強物結合在一起，結合在一起，構成復合材料整體，構成復合材料整體，對復合材料的性能有重要影響。對復合材料的性能有重要影響。因此，對于各種復合材料都要求有因此，對于各種復合材料都要求有。36一般是以一般是以分子分子間力間力、表面張力表面張力(表面自由能表面自由能)等表示等表示的，而實際上有的，而實際上有許多因素許多因素影響著影響著界界面結合

15、強度面結合強度。37如表面的如表面的、；表面表面和和程度；程度；表面表面情況，情況，存在；存在；表面表面在界面的在界面的溶解溶解、浸透浸透、擴散擴散和和化化學反應學反應；表面層的表面層的，等。等。38由于由于相對于整體材料相對于整體材料所占比重甚所占比重甚微，欲微，欲單獨對某一性能單獨對某一性能進行度量有很大困難。進行度量有很大困難。因此常借于因此常借于來來表征表征界面性能界面性能，如，如(ILSS)就是研究就是研究界面粘結的良好辦法；界面粘結的良好辦法；如再能配合如再能配合等即可等即可對界面對界面的其他性能的其他性能作較深入的研究。作較深入的研究。39由于復合材料的由于復合材料的隨隨作作用力

16、的類型用力的類型、原材料結構組成原材料結構組成不同不同而異，故破壞可開始在而異，故破壞可開始在或或，也可開始在，也可開始在。40通過通過可看出，可看出，大多呈大多呈剪切破壞剪切破壞，且，且在材料的斷面在材料的斷面可觀察到可觀察到、等現(xiàn)象。等現(xiàn)象。但但呈呈脆性脆性也降也降低了材料的復合性能。低了材料的復合性能。41的衡量是的衡量是當受力發(fā)生開裂當受力發(fā)生開裂時時，。即這時的復合材料具有即這時的復合材料具有和和。42由此可見，在由此可見，在時，時，不應只追求不應只追求而應考慮到而應考慮到。43例如，在某些應用中，如果要求例如，在某些應用中，如果要求或或時，時，控制界面的部分控制界面的部分脫粘脫粘也

17、許是所期望的，用也許是所期望的，用淀粉或明膠作為淀粉或明膠作為增強玻璃纖維增強玻璃纖維表面浸潤劑的表面浸潤劑的已用于已用于制備具有制備具有高沖擊強度的避彈衣高沖擊強度的避彈衣。44由于由于且且、對于、對于界面的界面的結合強度結合強度、界面的、界面的厚度厚度、界面的、界面的應力狀態(tài)應力狀態(tài)尚無直接的、準確的尚無直接的、準確的定量分析定量分析方法方法；45所以，對于所以，對于界面結合狀態(tài)界面結合狀態(tài)、形態(tài)形態(tài)、結結構構以及它對復合材料以及它對復合材料性能的影響性能的影響尚尚沒有適沒有適當?shù)脑囼灧椒ó數(shù)脑囼灧椒?，通常需要借助，通常需要借助、等試驗逐步摸等試驗逐步摸索和統(tǒng)一認識。索和統(tǒng)一認識。46另外

18、，對于另外，對于也很難作出也很難作出全全面的分析面的分析。因此，這今為止，對復合材料因此，這今為止，對復合材料還是很不充分的，不能以一個還是很不充分的，不能以一個來來建立完整的理論建立完整的理論。盡管存在很大的困難，但由于盡管存在很大的困難，但由于，所以吸引著大量研究者致力于，所以吸引著大量研究者致力于認識界認識界面的工作面的工作，以便掌根其規(guī)律。，以便掌根其規(guī)律。47是衡量復合材料中增是衡量復合材料中增強體與基體間強體與基體間的一個指標。的一個指標。對復合材料對復合材料的影響很大，的影響很大，界面粘結過高或過弱界面粘結過高或過弱都是不利的。都是不利的。48因此，人們很重視開展復合材料因此，人

19、們很重視開展復合材料和和，以便制得具有，以便制得具有的復合材料。的復合材料。下圖給出了下圖給出了影響復合材料界面效應的影響復合材料界面效應的因素因素及其與及其與復合材料性能復合材料性能的關系。的關系。4950大量事實證明，大量事實證明，實質實質上是上是納米級以上厚度的界面層納米級以上厚度的界面層(Interlayer)或稱或稱(Interphase)。51是一種是一種隨隨增強材料增強材料而異，而異，并與并與基體基體有明顯差別的新相。有明顯差別的新相。界面相也包括界面相也包括在增強材料表面上在增強材料表面上以及增強材料以及增強材料經經表面處理工藝后表面處理工藝后而發(fā)生反應的而發(fā)生反應的。52中，

20、中，界面層的作用界面層的作用首先是首先是把施加在整體上的力，把施加在整體上的力，這就需要有足夠的，這就需要有足夠的，粘接過程中，粘接過程中，兩相表面能相互潤兩相表面能相互潤濕濕是首要的條件。是首要的條件。53界面層的另一作用界面層的另一作用是是，以及，以及使增強纖維從基體拔出并使增強纖維從基體拔出并發(fā)生摩擦發(fā)生摩擦。這樣就可以。這樣就可以增大表面能增大表面能、拔出功拔出功和和摩擦功摩擦功等形式等形式以達到以達到提高其抗破壞能力提高其抗破壞能力。從以上兩方面綜合考慮，則要求從以上兩方面綜合考慮，則要求。54設計復合材料時，僅僅考慮到復合材設計復合材料時，僅僅考慮到復合材料具有料具有還不夠，還要考

21、還不夠，還要考慮究竟慮究竟。55對對有兩種觀點有兩種觀點，一種是，一種是應介于應介于增強材料與基體材料之間增強材料與基體材料之間，最好形成最好形成梯度過渡梯度過渡。另一種觀點是另一種觀點是低于增強材低于增強材料與基體料與基體，最好是一種類似橡膠的，最好是一種類似橡膠的彈性體彈性體，在受力時有較大的形變。在受力時有較大的形變。56前一種觀點從前一種觀點從來看，將會來看，將會產生好的效果；產生好的效果；后一種觀點按照后一種觀點按照，則可，則可以將以將集中于界面的應力點集中于界面的應力點迅速分散，從而迅速分散，從而提高整體的力學性能。提高整體的力學性能。57前面的兩種觀點都前面的兩種觀點都有一定的實

22、驗支有一定的實驗支持持，但是尚未得到定論。，但是尚未得到定論。然而無論如何，若然而無論如何，若，將會產生不，將會產生不良的效果，這是大家都公認的觀點。良的效果，這是大家都公認的觀點。58實驗表明，實驗表明，由于由于容易容易發(fā)生界面反應發(fā)生界面反應，生成，生成，在低應力條件下在低應力條件下，界面就會破壞，從而，界面就會破壞，從而降降低復合材料的整體性能低復合材料的整體性能。因此，因此，是設計復合材料的是設計復合材料的一個重要方面。一個重要方面。59界面層的界面層的、等可通過先進等可通過先進的科學儀器進行觀察與分析，常用的有的科學儀器進行觀察與分析，常用的有俄歇電俄歇電子譜儀子譜儀(AES)、電子

23、探針電子探針(EP)、x光電子能譜儀光電子能譜儀(XPS)、掃描二次離子質譜儀掃描二次離子質譜儀(SSIMS)、電子能電子能量損失譜儀量損失譜儀(EELS)、x射線反射譜儀射線反射譜儀(GAXP)、透射電鏡透射電鏡(TEM)和和掃描電鏡掃描電鏡(SEM)等。等。 60在聚合物基復合材料的設計中，在聚合物基復合材料的設計中，首先應考慮首先應考慮。61對對碳纖維表面碳纖維表面上涂覆上涂覆和和，比較后，比較后發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，惰性涂層效果較好惰性涂層效果較好，后一種，后一種而效果不良。而效果不良。將會在界面產生將會在界面產生空隙空隙，易使，易使而使復合材料發(fā)生開裂。而使復合材料發(fā)生開裂。62另外，選擇另外

24、，選擇也很重要，也很重要，所所選處理增強材料表面的偶聯(lián)劑選處理增強材料表面的偶聯(lián)劑應既含有應既含有能與能與增強材料起化學作用增強材料起化學作用的官能團，又含有的官能團，又含有與聚與聚合物基體起化學作用合物基體起化學作用的官能團。的官能團。63如如使用使用作為偶聯(lián)劑可使作為偶聯(lián)劑可使復合材料的性能大大改善，復合材料的性能大大改善，碳纖維經氧化碳纖維經氧化處理或等離子體處理處理或等離子體處理以及以及適當?shù)耐繉舆m當?shù)耐繉佣伎啥伎梢允盏胶芎玫男Ч?。以收到很好的效果?4金屬基復合材料的特點金屬基復合材料的特點是容易是容易而生成而生成。若若基體為合金基體為合金，則還易出現(xiàn)，則還易出現(xiàn)。65有關有關金屬基

25、復合材料的界面控制金屬基復合材料的界面控制研究主研究主要有以下兩方面：要有以下兩方面：在增強材料組元上在增強材料組元上以改善增強以改善增強材料與基體的浸潤性材料與基體的浸潤性，同時涂層還應起到，同時涂層還應起到防防止發(fā)生反應的止發(fā)生反應的。66改變基體的合金成分改變基體的合金成分，造成，造成形成阻擋層形成阻擋層來來。67在在中，在碳纖中，在碳纖維上涂維上涂涂層；在涂層；在中采用中采用作涂層；在作涂層；在中用中用涂層等都是涂層等都是在增強材料表面在增強材料表面預先涂層預先涂層的例子。的例子。68另外，在另外，在C/A1復合材料中，常用復合材料中，常用，由于，由于Ti的富集的富集形成一層形成一層，

26、可大大，可大大提高復合材料的拉伸提高復合材料的拉伸強度和抗沖擊性強度和抗沖擊性。69多數(shù)多數(shù)中中增強材料與基增強材料與基體之間不發(fā)生化學反應體之間不發(fā)生化學反應，或，或不發(fā)生激烈的不發(fā)生激烈的化學反應化學反應。有時，有些陶瓷基復合材料的有時，有些陶瓷基復合材料的增強材增強材料與其基體的化學成分相同料與其基體的化學成分相同。70例如，如例如，如增強增強，這種復合材料也希望建立一個，這種復合材料也希望建立一個合適的界合適的界面面，即，即以提高其韌性。以提高其韌性。一般認為，陶瓷基復合材料需要一種既一般認為，陶瓷基復合材料需要一種既能能又能又能的界面層，這的界面層，這樣才能充分樣才能充分改善陶瓷材料

27、韌性差改善陶瓷材料韌性差的缺點。的缺點。71復合材料是由復合材料是由的的兩兩種或兩種以上種或兩種以上復合而成，所以必然復合而成，所以必然存在著不同材料存在著不同材料共有的接觸面共有的接觸面-。72正是正是使使增強材料與基體材料結合為增強材料與基體材料結合為一個整體一個整體。人們一直非常重視人們一直非常重視，并有大，并有大量的文獻報道，但由于量的文獻報道，但由于材料的多樣化材料的多樣化及及界面界面的復雜性的復雜性，至今尚無一個，至今尚無一個來說來說明復合材料的界面行為。明復合材料的界面行為。對復合材料來講，對復合材料來講，是復合的首要條件。是復合的首要條件。73 復合材料在制備過程中，只要涉及到

28、復合材料在制備過程中，只要涉及到液相與固相的相互作用液相與固相的相互作用，必然就有，必然就有問題。問題。74在制備在制備時，一般是把時，一般是把(液態(tài)樹脂液態(tài)樹脂)均勻地浸漬或涂刷均勻地浸漬或涂刷在在增強增強材料材料上。上。是指是指樹脂能否樹脂能否均勻地分布在增強材科的周圍均勻地分布在增強材科的周圍，這是，這是樹脂與樹脂與增強材料能否形成良好粘結增強材料能否形成良好粘結的重要前提。的重要前提。75在制備在制備時，時，液態(tài)金屬液態(tài)金屬對增強材料的浸潤性對增強材料的浸潤性，則直接影響到，則直接影響到。是表示是表示。76意味著意味著液體液體(基體基體)將在增強將在增強材料上鋪展開來材料上鋪展開來，并

29、，并覆蓋整個增強材料表面覆蓋整個增強材料表面。假如假如不是太高，不是太高，浸潤后導致浸潤后導致體系自由能降低體系自由能降低的話，就會發(fā)生的話，就會發(fā)生。77滴落在一滴落在一時，原來時，原來將被將被和和所所代替，用代替，用 LG 、 SG 、 SL分別代表液分別代表液-氣、氣、固固-氣和固氣和固-液的比表面能或稱表面張力液的比表面能或稱表面張力(即即單位面積的能量單位面積的能量)。78因此，因此，(Spreading Coefficient)被定義為：被定義為：SGLGSL)(LGSLSGSC按照按照，只有，只有體系自由能減體系自由能減少時，液體才能鋪展開來少時，液體才能鋪展開來，即，即79 只

30、有當只有當時，才能時，才能。不完全浸潤的情況如下圖所示，根據(jù)不完全浸潤的情況如下圖所示，根據(jù)力平衡力平衡，可得可得式中式中 稱為接觸角。稱為接觸角。COSLGSLSG/ )(1LGSLSGCOS80（a a）不完全浸潤不完全浸潤（b）不浸潤不浸潤不完全浸潤不完全浸潤(a)和不浸潤和不浸潤(b)情況示意圖情況示意圖81由由 可知可知。 0o時，時，液體完全浸潤固體液體完全浸潤固體； 180o時，時，不浸潤不浸潤；oo 180o時，時，不完全浸潤不完全浸潤(或稱部或稱部分浸潤分浸潤)，隨角度下降，浸潤的程度增加。，隨角度下降，浸潤的程度增加。 90o時常認為時常認為不發(fā)生液體浸潤不發(fā)生液體浸潤。8

31、2對于一個結定的體系對于一個結定的體系，隨著隨著溫度、保持時間、吸附氣體等而變化溫度、保持時間、吸附氣體等而變化。浸潤性僅僅表示了浸潤性僅僅表示了，而并不能表示，而并不能表示。83一種體系的一種體系的可能有可能有，但它們之間的，但它們之間的結合可能很弱結合可能很弱，如范德華，如范德華物理鍵合形式。物理鍵合形式。因此因此，只是兩個組元間可，只是兩個組元間可達到達到良好粘結良好粘結的必要條件，并非充分條件。的必要條件，并非充分條件。84為了提高復合材料為了提高復合材料，常常通過常常通過來改善潤濕條件，有時也可通過來改善潤濕條件，有時也可通過改變基體改變基體成分成分來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。85 直接影響著復

32、合材料直接影響著復合材料的的力學性能力學性能以及以及其它物理、化學性能其它物理、化學性能，如，如耐熱性、耐蝕性、耐磨性等。耐熱性、耐蝕性、耐磨性等。因此自因此自50年代以來，復合材料的年代以來，復合材料的一直是人們致力研究的內容。一直是人們致力研究的內容。86(或稱或稱粘合粘合、粘著粘著、粘接粘接)是指是指的一種現(xiàn)象。的一種現(xiàn)象。當當緊接著便發(fā)緊接著便發(fā)生生(Bonding)。87對于一個對于一個給定的復合材料體系給定的復合材料體系，(如機械粘結、靜如機械粘結、靜電粘結等電粘結等)起作用，而且起作用，而且在不同的生產過程在不同的生產過程中或復合材料的使用期間中或復合材料的使用期間，如由靜電粘結

33、變成反應粘結。，如由靜電粘結變成反應粘結。88體系不同體系不同，粘結的種類或機理不同粘結的種類或機理不同，這，這主要取決于主要取決于以及以及等。等。主要有主要有、等。等。89 1機械作用理論機械作用理論 機械作用機理如圖機械作用機理如圖33(a)所示，當兩個表所示，當兩個表面相互接觸后，由于表面粗糙不平將發(fā)生機面相互接觸后，由于表面粗糙不平將發(fā)生機械互鎖械互鎖interlocking)。很顯然表面越粗糙，很顯然表面越粗糙，互鎖作用越強，因此機械粘結作用越有效?；ユi作用越強，因此機械粘結作用越有效。界面粘結機理示意圖界面粘結機理示意圖機械作用理論（機械作用理論（mechanical bondin

34、g）90在受到平行于界面的作用力時，機械粘在受到平行于界面的作用力時，機械粘結作用可達到最佳效果，獲得較高的剪切強結作用可達到最佳效果，獲得較高的剪切強度。但若界面受拉力作用時，除非界面有如度。但若界面受拉力作用時，除非界面有如圖中圖中A處所示的處所示的錨固錨固形態(tài)，否則拉伸強形態(tài)，否則拉伸強度會很低。度會很低。在大多數(shù)情況下，純粹機械粘結作用很在大多數(shù)情況下，純粹機械粘結作用很難遇到，往往是機械粘結作用與其它粘結機難遇到，往往是機械粘結作用與其它粘結機理共同起作用。理共同起作用。91 2靜電作用理論靜電作用理論 當復合材料的基體及增強材料的表面帶有當復合材料的基體及增強材料的表面帶有異性電荷

35、時，在基體與增強材料之間將發(fā)生異性電荷時，在基體與增強材料之間將發(fā)生靜電吸引力，如圖所示。靜電相互作用的距靜電吸引力，如圖所示。靜電相互作用的距離很短，僅在原子尺度量級內靜電作用力才離很短，僅在原子尺度量級內靜電作用力才有效。因此表面的污染等將大大減弱這種粘有效。因此表面的污染等將大大減弱這種粘結作用。結作用。界面粘結機理示意圖靜電作用理論(electrostatic bonding)92 3化學作用理論化學作用理論 化學作用是指增強材料表面的化學基化學作用是指增強材料表面的化學基(圖圖33(c)中標有中標有x面面)與基體表面的相容基與基體表面的相容基(標有標有R面面)之間的化學粘結。之間的化

36、學粘結。界面粘結機理示意圖化學作用理論(chemical bonding) R、X分別代表相容的官能團93 化學作用理論最成功的應用是偶聯(lián)劑用于增化學作用理論最成功的應用是偶聯(lián)劑用于增強材料表面與聚合物基體的粘結。如硅烷偶聯(lián)強材料表面與聚合物基體的粘結。如硅烷偶聯(lián)刑具有兩種性質不同的官能團，一端為親玻璃刑具有兩種性質不同的官能團，一端為親玻璃纖維的官能團纖維的官能團(X)，一端為親材脂的官能團一端為親材脂的官能團(R)，將玻璃纖維與樹脂粘結起來，在界面上形成共將玻璃纖維與樹脂粘結起來，在界面上形成共價鍵結合，如圖價鍵結合，如圖33(d)所示。所示。界面粘結機理示意圖硅烷偶聯(lián)劑產生的化學粘結94 4界面反應或界面擴散理論界面反應或界面擴散理論 復合材料的基體與增強材料間可以發(fā)生復合材料的基體與增強材料間可以發(fā)生原子或分子的互擴散或發(fā)生反應，從而形原子或分子的互擴散或發(fā)生反應，從而形成反應結合或互擴散結合。對于聚合物來成反應結合或互擴散結合。對于聚合物來說，這種粘結機理可看作為分子鏈的纏結說，這種粘結機理可看作為分子鏈的纏結(如圖所示如圖所示)。界面粘結機理示意