第三章第五節(jié)副本

1、3-5復(fù)合材料的組成與結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的組成與結(jié)構(gòu)STRUCTUREOFCOMPOSITEMATERIALSComposition and Structures of CompositesMaterialsConcept, TypesandPropertiesStructuresInterfacialPhase Modification of interface3-5復(fù)合材料的組成與結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的組成與結(jié)構(gòu)(compositionandstructureofcomposites) 3-5-1復(fù)合材料定義及分類復(fù)合材料定義及分類(definitionandclassificationofcompos

2、ites) 1. 定義(P226頁(yè)) (1)種類不同，性質(zhì)差異很大的幾種材料及其界面相幾種材料及其界面相（層） 所組成（組成上） (2)多相多相固體材料（結(jié)構(gòu)上） (3)經(jīng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)復(fù)合而成（制備上） (4)通過(guò)復(fù)合效應(yīng)獲得原組份材料所不具備的性能原組份材料所不具備的性能，或產(chǎn)生 性能協(xié)同作用，與簡(jiǎn)單混合有本質(zhì)的區(qū)別（性能上） 簡(jiǎn)言之：復(fù)合材料由連續(xù)基體相連續(xù)基體相(matrix phase)和分散增強(qiáng)相分散增強(qiáng)相(disperse phase)及界面相界面相(interface phase)所構(gòu) 成 2. 分類分類： (1)按來(lái)源來(lái)源：天然、 人工復(fù)合材料等 (2)按基體基體：樹脂基、 金屬基

3、、 無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料等 (3)按增強(qiáng)體形態(tài)增強(qiáng)體形態(tài)：顆粒增強(qiáng)(particle-reinforced) 短纖或晶須增強(qiáng)(chopped fiber or whiskers reinforced) 連續(xù)長(zhǎng)纖增強(qiáng)(continuous fiber-reinforced) 多維編織布增強(qiáng)(braided fabric or filament winding-reinforced) 三維編織體增強(qiáng)等 (4)按應(yīng)用應(yīng)用：結(jié)構(gòu)、功能、智能復(fù)合材料等 (5)按增強(qiáng)材料品種增強(qiáng)材料品種：玻纖、碳纖、有機(jī)纖維復(fù)合材料等 (6)按特定含義特定含義：通用、先進(jìn)、現(xiàn)代、 近代、混雜、納米、 原位、分子、宏觀復(fù)合

4、材料等 復(fù)合材料系統(tǒng)組合復(fù)合材料系統(tǒng)組合 分 散 相 連 續(xù) 相 金屬材料 無(wú)機(jī)非金屬材料 有機(jī)高分子材料 金屬 材料 金屬纖維(絲) 纖維金屬基復(fù)合材料 鋼絲/水泥復(fù)合材料 增強(qiáng)橡膠 金屬晶須 晶須/金屬基復(fù)合材料 晶須/陶瓷基復(fù)合材料 金屬片材 金屬/塑料板 無(wú) 機(jī) 非 金 屬 材 料 陶瓷 纖維 纖維/金屬基復(fù)合材料 纖維/陶瓷基復(fù)合材料 晶須 晶須/金屬基復(fù)合材料 晶須/陶基復(fù)合材料 顆粒 彌散強(qiáng)化合金材料 粒子填充塑料 玻璃 纖維 纖維/村脂基復(fù)合材料 粒子 碳 纖維 碳纖維/金屬基復(fù)合材料 纖維/陶基復(fù)合材料 纖維/樹脂基復(fù)合材料 炭黑 顆粒/橡膠 顆粒/樹脂基復(fù)合材料 有機(jī)高分子

5、材 料 有機(jī)纖維 纖維/樹脂基復(fù)合材料 塑料 金屬/塑料 橡膠 3. 復(fù)合材料體系的組成復(fù)合材料體系的組成(composition) 基體基體(matrix) 增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料(reinforcement)（都是一個(gè)龐大的材料體系、品種繁多，結(jié)構(gòu)與性能呈多樣化，復(fù)合體系的系統(tǒng)組合、排列給復(fù)合材料的巨大的發(fā)展空間，原則上，基體與增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)與性能差異越大，愈具復(fù)合價(jià)值，但更為重要的是基體與增強(qiáng)體之間的匹配。） A. 顆粒顆粒增強(qiáng)體：高強(qiáng)、高模、耐高溫的陶瓷和石墨等非金屬材料 的微細(xì)粉末，主要起增強(qiáng)、增韌作用，而不是普通填料的填充體積或降低成本的作用，增強(qiáng)體價(jià)格往往比基體還貴。 B.短纖維短纖維（晶

6、須）(chopped fiber or whisker)：長(zhǎng)徑比51000之間，橫截面積小于52105cm2（當(dāng)量直徑約110m）的含缺陷很少的單晶纖維，其模量和強(qiáng)度接近其純晶體的理論值。主要有金屬晶須、氧化物晶須、氮化物晶須、硼化物晶須和無(wú)機(jī)鹽類晶須。 C. 纖維及其織物纖維及其織物(braided fabric or filament winding)：植物纖維、動(dòng)物纖維、碳物纖維、合成纖維等 3-5-2復(fù)合材料的組成與特性復(fù)合材料的組成與特性 1.概述 聚合物基復(fù)合材料(polyme-matrix composites,PMC) 金屬基復(fù)合材料(metal-matrix composit

7、es,MMC) 陶瓷基復(fù)合材料( Ceramics-matrix composites, CMC)碳/碳復(fù)合材料(carbon-carbon composites ) 無(wú)機(jī)膠凝基復(fù)合材料(fiber reinforced concrete,FRC) 共同構(gòu)成現(xiàn)代復(fù)合材料（體系） 1.PMC的組成的組成 (1) 基體基體 熱固性基體熱固性基體(thermosetting matrix)： i) 熔體或溶液粘度低，易于浸漬與浸潤(rùn)，成型工藝性好 ii) 交聯(lián)固化成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，尺寸穩(wěn)定性、耐熱性好，但性脆 iii) 制備過(guò)程伴有復(fù)雜化學(xué)反應(yīng) 熱塑性基體熱塑性基體(thermoplastic matrix

8、)： i) 溶體或溶液粘度大，浸漬與浸潤(rùn)困難，需較高溫度和壓力 下成型，工藝性差 ii) 線性分子結(jié)構(gòu)，抗蠕變和尺寸穩(wěn)定性差，但韌性好 iii) 制備過(guò)程中伴有聚集態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及取向、結(jié)晶等物理現(xiàn)象) (2) 增強(qiáng)體增強(qiáng)體主要有碳纖、玻纖維、芳綸纖維、硼纖維等 樹脂基體與增強(qiáng)體相容性、浸潤(rùn)性較差，多經(jīng)過(guò)表面處理與表面改性，浸潤(rùn)劑、偶聯(lián)劑、涂復(fù)層的使用，使其組成復(fù)雜化。 2. MMC (1) 基體基體：Al、Mg、Ti、Ni等輕金屬及其它們的合金（比強(qiáng)度、 比模量高） (2) 增強(qiáng)體增強(qiáng)體：強(qiáng)度、模量和熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于金屬基體的金屬或非金金屬或非金屬材料屬材料。 主要有：硼纖維、碳纖維、 SiC纖維、

9、Al2O3纖維 鎢絲、鋼絲、不銹鋼絲 陶瓷顆粒、晶須等 特點(diǎn)：保持金屬材料特性外，與金屬基體相比具有高強(qiáng)、 高模、高韌性、高抗沖、尺寸穩(wěn)定性好、抗疲勞性 能好等特點(diǎn)，可沿用大部分金屬成型加工方法，適合于 用作中、高溫結(jié)構(gòu)材料。 形成的三種復(fù)合類型（機(jī)械混合、溶解、反應(yīng)）形成的三種復(fù)合類型（機(jī)械混合、溶解、反應(yīng)） 3. CMC (1) 基體基體：氧化鋁、氮化硅、碳化硅、玻璃等特種陶瓷特種陶瓷 陶瓷本身：高模量、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐磨、抗氧化等 陶瓷致命缺點(diǎn)：性脆、抗熱震性（抗熱沖擊性）差，抗震性差 且對(duì)裂紋、氣孔和混雜物等細(xì)微缺陷敏感，易突然失效 (2) 增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料：碳纖維、硼纖維、碳纖

10、維、硼纖維、-Al2O3纖維、氧化鋁纖維、氧化鋁-硼酸鹽硼酸鹽纖維纖維鎢絲、鈮絲、不銹鋼絲、鎢絲、鈮絲、不銹鋼絲、SiC晶須、晶須、SiN4晶須、晶須、ZrO顆粒等，顆粒等， 復(fù)合的目的不是提高模量與強(qiáng)度，而是對(duì)陶瓷基體增韌復(fù)合的目的不是提高模量與強(qiáng)度，而是對(duì)陶瓷基體增韌 CMC仍以燒結(jié)成型為主燒結(jié)成型為主，由于基體與增強(qiáng)體都具有高模量、高耐溫特點(diǎn)，殘余應(yīng)力很大，導(dǎo)致微裂紋，因此，兩相的CTE必須必須匹配匹配, CMC適合于作高溫結(jié)構(gòu)材料，被稱為“材料的夢(mèng)想”。 4. C/C復(fù)合材料復(fù)合材料 化學(xué)組成單一，C元素元素，但C的形態(tài)與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜 (1) 基體基體碳：i) CVD碳；ii) 樹脂碳

11、；iii) 瀝青碳 (2) 增強(qiáng)體增強(qiáng)體：高性能碳纖維及其織物 (3) 性能性能特點(diǎn)：保持碳材料（石墨）的特性，如：密度低、 低蠕變、高導(dǎo)熱、低CTE、高抗熱震性、高耐溫、 耐燒蝕等的同時(shí)，還具有高強(qiáng)、高模、抗疲勞、力學(xué)性能隨溫度升高而升高的特點(diǎn) 缺點(diǎn)：高溫下易氧化，材料多孔而疏松缺點(diǎn)：高溫下易氧化，材料多孔而疏松 高溫結(jié)構(gòu)材料和耐燒蝕材料，近年發(fā)展很快。 5. 無(wú)機(jī)膠凝復(fù)合材料無(wú)機(jī)膠凝復(fù)合材料基體基體氣硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料：只能在空氣中不能在水中硬化。 如石灰、 石膏、鎂質(zhì)膠凝材料等 水硬性膠凝材料：水硬性膠凝材料：既能在空氣中，又能在水中硬化 （常稱為水泥）。如：硅酸鹽水泥、 鋰酸鹽

12、水泥、硫酸鋁水泥、磷酸鹽 水泥等。 水泥的凝結(jié)硬化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，硬化后的 水泥是由晶體、凝膠體、未水化顆粒、游離水、氣孔等組成的多相 不均質(zhì)結(jié)構(gòu)體，這一結(jié)構(gòu)特征材料抗拉強(qiáng)度低，沖擊韌性差 （性脆），易突然失效，不能作結(jié)構(gòu)材料。 增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維：金屬纖維、無(wú)機(jī)纖維、合成纖維、植物纖維等 復(fù)合的目的復(fù)合的目的：是增強(qiáng)、增韌，用作結(jié)構(gòu)材料。 （2）復(fù)合材料的特性復(fù)合材料的特性(character) 一般特性： a. 可設(shè)計(jì)性 b. 構(gòu)件復(fù)合與成型一次性完成，整體性好 c. 性能分散性大，性能對(duì)工藝工程及工藝參數(shù)甚至一些 偶然性因素都十分敏感，難以精確控制結(jié)構(gòu)和性能 d. 復(fù)合效應(yīng)

13、（多種復(fù)合效應(yīng)）(principle of combined action) 一般性能特點(diǎn)： a. 比強(qiáng)度、比模量大 b. 破壞安全性高 c. 耐疲勞性好 d. 阻尼減震性好 e. 耐燒蝕性能好 3-5-3復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)(structureofcomposites) 根據(jù)分散相在連續(xù)相中的狀態(tài)及分布情況可分為： 無(wú)規(guī)分散無(wú)規(guī)分散（彌散）增強(qiáng)結(jié)構(gòu) （含顆粒、晶須、 短纖維）(randomly oriented) 連續(xù)長(zhǎng)纖連續(xù)長(zhǎng)纖單向增強(qiáng)結(jié)構(gòu)（單向板）(aligned) 層合層合(板板)結(jié)構(gòu)(二維織布或連續(xù)纖維鋪層，每層 不同)(laminate) 三維編織三維編織體增強(qiáng)結(jié)構(gòu)(bra

14、ided fabric or filament winding) 夾層夾層結(jié)構(gòu)（蜂窩夾層等）(sandwich constructure) 混雜混雜結(jié)構(gòu)(hybrid constructure) 三維編織纖維結(jié)構(gòu) 三維正交非織造的纖維結(jié)構(gòu) (a)非線性法平面增強(qiáng) (b) 一種開式格狀結(jié)構(gòu) (c）一種柔性結(jié)構(gòu) 管、容器的螺旋纏繞平面纏繞線型 各種玻璃夾層結(jié)構(gòu) 單向及準(zhǔn)各向同性板的鋪層鋪層結(jié)構(gòu) 混雜復(fù)合材料的混雜類型 引入相的相的“連通性連通性”概念，理論上可將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)劃分為 0-3型、型、1-3型型2-2型、型、2-3型、型、3-3型型等幾種典型結(jié)構(gòu) 3-5-4復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面(

15、interfaceofcomposites) 1.基本概念和界面現(xiàn)象基本概念和界面現(xiàn)象 基本概念：相、界面、表面、界面相（層）、表面張力、界面能 接觸角、粘附功 對(duì)于復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，界面界面對(duì)復(fù)合材料性能起著決定性作用。界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象： 表面吸附作用與浸潤(rùn) 擴(kuò)散與粘結(jié)（含界面互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)） 界面上分子間相互作用力（范氏力和化學(xué)鍵合力）2. 復(fù)合材料的界面形成過(guò)程復(fù)合材料的界面形成過(guò)程(formation of the interface of composites)： PMC、MMC、CMC、C/C等復(fù)合材料體系對(duì)界面要求各不相同，它們的成型加工方法與工藝差別很大，各有特點(diǎn)，使復(fù)合材料界面。

16、形成過(guò)程十分復(fù)雜，理論上可分為三個(gè)階段。 （1）第一階段第一階段：增強(qiáng)體表面預(yù)處理或改性階段。 i) 界面設(shè)計(jì)與控制的重要手段 ii) 改性層成為最終界面層的重要組成部分 iii) 為第二階段作準(zhǔn)備 （2）第二階段第二階段：增強(qiáng)體與基體在一組份為液態(tài)（或粘流態(tài)）時(shí)的 接觸與浸潤(rùn)過(guò)程 i) 接觸吸附與浸潤(rùn)交互擴(kuò)散化學(xué)結(jié)合或物理 結(jié)合?；瘜W(xué)結(jié)合可 看作是一種特殊的浸潤(rùn)過(guò)程 ii) 界面形成與發(fā)展的關(guān)鍵階段 （3）第三階段第三階段：液態(tài)（或粘流態(tài)）組分的固化固化過(guò)程，即凝固或化學(xué)反應(yīng) i) 界面的固定（亞穩(wěn)態(tài)、非平衡態(tài)） ii) 界面的穩(wěn)定（穩(wěn)態(tài)、平衡態(tài)） 在復(fù)合材料界面形成過(guò)程中涉及： i) 界面

17、間的相互置換相互置換：如，潤(rùn)濕過(guò)程是一個(gè)固- 液界 面置換固-氣表面的過(guò)程 i i) 界面間的相互轉(zhuǎn)化相互轉(zhuǎn)化：如，固化過(guò)程是固-液界面向固-固界面轉(zhuǎn)化的過(guò)程 后處理過(guò)程：固-固界面自身完善與平衡的過(guò)程 3. 復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)(structure and property characters of the interlayer)： i) 非單分子層，其組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、形貌十分復(fù)雜、 形式多樣界面區(qū)至少包括：基體表面層、增強(qiáng)體表面層、基體表面層、增強(qiáng)體表面層、基體基體/增強(qiáng)體界面層增強(qiáng)體界面層三個(gè)部分 ii ) 具有一定厚度的界面相（層）一定厚度的界面相（層

18、），其組成、結(jié)構(gòu)、 性能隨厚度方向變化而變化，具有“梯度”材料 性能特征 iii) 界面的比表面積或界面相的體積分?jǐn)?shù)很大比表面積或界面相的體積分?jǐn)?shù)很大（尤其是 納米復(fù)合材料）界面效應(yīng)顯著：復(fù)合材料復(fù)合效應(yīng) 產(chǎn)生的根源 iv) 界面缺陷形式多樣缺陷形式多樣（包括殘余應(yīng)力）(residual stress)，對(duì)復(fù)合材料性能影響十分敏感 PMC界面區(qū)域界面區(qū)域(interfacezoneofPMC)示意圖示意圖 1-外力場(chǎng)； 2-樹脂基體； 3-基體表面區(qū)； 4-相互滲透區(qū)； 5-增強(qiáng)劑表面區(qū)；6-增強(qiáng)劑 4.界面上力的傳遞與殘余應(yīng)力界面上力的傳遞與殘余應(yīng)力(forcetransferenceofi

19、nterfaceandresidualstress) 有一定結(jié)合強(qiáng)度 的 界 面（層），可在基體與增強(qiáng)體之間進(jìn)行 a. 力的轉(zhuǎn)遞 b. 力的分配 c. 基體或增強(qiáng)體破壞過(guò)程中的應(yīng)力再分配 組合力學(xué)性能 在復(fù)合材料未受外力時(shí)，界面上仍存在應(yīng)力或應(yīng)力分布，這就是“殘余應(yīng)力”。 殘余應(yīng)力來(lái)源： （熱和力學(xué)）增強(qiáng)相與基體相增強(qiáng)相與基體相CTE不匹配不匹配相與相之間的彈性系數(shù)不匹配，相內(nèi)的應(yīng)力分布不均相與相之間的彈性系數(shù)不匹配，相內(nèi)的應(yīng)力分布不均成型過(guò)程中，由高溫成型過(guò)程中，由高溫-室溫由化學(xué)和物理變化引起的各組元體積室溫由化學(xué)和物理變化引起的各組元體積收縮的不同，如：基體固化、聚集態(tài)轉(zhuǎn)變、晶相轉(zhuǎn)變等收

20、縮的不同，如：基體固化、聚集態(tài)轉(zhuǎn)變、晶相轉(zhuǎn)變等層合板中，鋪層方向不同帶來(lái)的層間殘余應(yīng)力（層合板的翹曲）層合板中，鋪層方向不同帶來(lái)的層間殘余應(yīng)力（層合板的翹曲） 流變過(guò)程中，組元間的塑性變形差異流變過(guò)程中，組元間的塑性變形差異流變殘余應(yīng)力流變殘余應(yīng)力 5.復(fù)合材料界面破壞機(jī)制復(fù)合材料界面破壞機(jī)制(interfacefailureofcomposites)（1）破壞的來(lái)源：破壞的來(lái)源： 基體內(nèi)、增強(qiáng)體內(nèi)和界面層上均存在微裂紋、氣孔、內(nèi)應(yīng)力 在力場(chǎng)或外界環(huán)境 （如介質(zhì)、水） 微裂紋和缺陷按本身的 規(guī)律發(fā)展，并消散能量 （2）破壞形式破壞形式 ： 5種基本破壞形式 i) 基體斷裂 ii) 纖維斷裂 i

21、ii) 纖維脫粘 iv)纖維拔出(摩擦功) v) 裂紋擴(kuò)展與偏轉(zhuǎn) 5種形式 綜合體現(xiàn) 復(fù)合材料的 破壞與失效 復(fù)合材料的破壞機(jī)制則是上述復(fù)合材料的破壞機(jī)制則是上述5種基本破壞形式的組合與綜合體現(xiàn)種基本破壞形式的組合與綜合體現(xiàn)的結(jié)果。的結(jié)果。 纖維脫粘纖維脫粘纖維搭橋纖維搭橋纖維拔出纖維拔出29Chapter 9 Composites6.復(fù)合材料的界面理論復(fù)合材料的界面理論(TheInterfaceTheories)（1）界面設(shè)計(jì)與控制的概念界面設(shè)計(jì)與控制的概念(designandcontrolofinterlayer) 界面具有雙重功能 傳遞應(yīng)力，需要一定界面結(jié)合強(qiáng)度，但不是愈高愈好傳遞應(yīng)力，

22、需要一定界面結(jié)合強(qiáng)度，但不是愈高愈好界面破壞，界面結(jié)合弱，界面破壞形式愈豐富，能量耗散愈多界面破壞，界面結(jié)合弱，界面破壞形式愈豐富，能量耗散愈多,高高的界面粘接強(qiáng)度，不一定帶來(lái)材料整體的高強(qiáng)度和高韌性。的界面粘接強(qiáng)度，不一定帶來(lái)材料整體的高強(qiáng)度和高韌性。在脆性纖維-脆性基體復(fù)合體系中，強(qiáng)的界面結(jié)合往往導(dǎo)致各組元相中及相間的應(yīng)力集中和脆性斷裂、破壞形式單一，不涉及界面破壞，其能量耗散僅限于產(chǎn)生新的斷裂表面。材料易突然失效或發(fā)生災(zāi)難性破壞弱的界面結(jié)合強(qiáng)度有時(shí)能帶來(lái)材料整體高的力學(xué)強(qiáng)度和韌性。界面的比表面積個(gè)體積分?jǐn)?shù)很大，弱的界面結(jié)合可以發(fā)生多種界面破壞形式（如纖維拔出、脫粘、應(yīng)力再分配等），從而消

23、耗大量的外界功，提高材料的強(qiáng)度和韌性，避免脆性斷裂或?yàn)?zāi)難性破壞。 因此，要求界面： 適宜的粘接強(qiáng)度適宜的粘接強(qiáng)度最佳的界面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)最佳的界面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)與界面相聯(lián)系的理想的微觀破壞機(jī)制與界面相聯(lián)系的理想的微觀破壞機(jī)制這就是所謂界面設(shè)計(jì)與界面控制的基本概念這就是所謂界面設(shè)計(jì)與界面控制的基本概念(2) 界面理論界面理論(p248) 浸潤(rùn)理論浸潤(rùn)理論化學(xué)鍵理化學(xué)鍵理論論優(yōu)先吸附理優(yōu)先吸附理論論可變形層理論可變形層理論每一理論只能部分解釋某些現(xiàn)象或某些結(jié)果。都有一定局限性。實(shí)際的界面現(xiàn)象復(fù)雜的多，需多方面、多角度加以分析。迄今，未能建立一個(gè)統(tǒng)一的界面響應(yīng)理論模型。 7.1 7.1 玻璃纖維玻璃纖維的表

24、面處理的表面處理 7.1.1.1 7.1.1.1 所謂表面處理，就是在增強(qiáng)體表面涂覆上一種稱為所謂表面處理，就是在增強(qiáng)體表面涂覆上一種稱為表面處理劑的物質(zhì)，這種表面處理劑包括浸潤(rùn)劑及一系表面處理劑的物質(zhì)，這種表面處理劑包括浸潤(rùn)劑及一系列偶聯(lián)劑和助劑等物質(zhì)，它有利于增強(qiáng)體與基體間形成列偶聯(lián)劑和助劑等物質(zhì)，它有利于增強(qiáng)體與基體間形成一個(gè)良好的粘結(jié)界面，從而達(dá)到提高復(fù)合材料各種性能一個(gè)良好的粘結(jié)界面，從而達(dá)到提高復(fù)合材料各種性能的目的。的目的。 7. 復(fù)合材料的界面處理與界面控制復(fù)合材料的界面處理與界面控制(interface finishing)圖圖6.1 6.1 自然環(huán)境曝曬后的強(qiáng)度影響自然環(huán)境

25、曝曬后的強(qiáng)度影響1 1沃蘭處理；沃蘭處理； 2 2A A151151處理；處理；3 3A A172172處理；處理；4 4未處理未處理圖圖6.2 6.2 人工氣候加速老化后的強(qiáng)度影響人工氣候加速老化后的強(qiáng)度影響1 1沃蘭處理；沃蘭處理； 2 2A A151151處理；處理；3 3A A172172處理；處理；4 4未處理未處理7.1.1.2 7.1.1.2 偶聯(lián)劑及其作用機(jī)理偶聯(lián)劑及其作用機(jī)理 偶聯(lián)劑是這樣的一類化合物，它們的分子兩端通常偶聯(lián)劑是這樣的一類化合物，它們的分子兩端通常含有性質(zhì)不同的基團(tuán)，一端的基團(tuán)與增強(qiáng)體表面發(fā)生化含有性質(zhì)不同的基團(tuán)，一端的基團(tuán)與增強(qiáng)體表面發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，

26、另一端的基團(tuán)則能和基體發(fā)生化學(xué)學(xué)作用或物理作用，另一端的基團(tuán)則能和基體發(fā)生化學(xué)作用或物理作用，從而使增強(qiáng)體和基體很好地偶聯(lián)起來(lái)，作用或物理作用，從而使增強(qiáng)體和基體很好地偶聯(lián)起來(lái)，獲得良好的界面粘結(jié)，改善了多方面的性能，并有效地獲得良好的界面粘結(jié)，改善了多方面的性能，并有效地抵抗了水的侵蝕。抵抗了水的侵蝕。 按化學(xué)組成，偶聯(lián)劑主要可分為有機(jī)鉻和有機(jī)硅兩按化學(xué)組成，偶聯(lián)劑主要可分為有機(jī)鉻和有機(jī)硅兩大類，此外還有鈦酸酯等。大類，此外還有鈦酸酯等。 何為偶聯(lián)劑？ 偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑的作用(functions of coupling agent)： 在兩相界面形成化學(xué)鍵化學(xué)鍵，大幅度提高界面粘接強(qiáng)度 改善了界

27、面對(duì)應(yīng)力的傳遞應(yīng)力的傳遞效果 提供了一個(gè)可塑界面層可塑界面層，可部分消除界面殘余應(yīng)力 提供了一個(gè)防水層防水層，保護(hù)了界面，阻止了脫粘和腐蝕 的發(fā)生 偶聯(lián)劑對(duì)不同復(fù)合體系具有較強(qiáng)的選擇性(1)(1)有機(jī)酸氯化鉻絡(luò)合物類偶聯(lián)劑有機(jī)酸氯化鉻絡(luò)合物類偶聯(lián)劑 有機(jī)酸氯化鉻絡(luò)合物簡(jiǎn)稱鉻絡(luò)合物，這類絡(luò)合物有機(jī)酸氯化鉻絡(luò)合物簡(jiǎn)稱鉻絡(luò)合物，這類絡(luò)合物通常是用堿式氯化鉻與羧酸反應(yīng)而制得。通常是用堿式氯化鉻與羧酸反應(yīng)而制得。 2Cr(OH)Cl2+RCOOHRCOOCr2(OH)Cl4+H2O這類鉻絡(luò)合物無(wú)水時(shí)的結(jié)構(gòu)式為：這類鉻絡(luò)合物無(wú)水時(shí)的結(jié)構(gòu)式為：沃蘭沃蘭(Vo1an)(Vo1an)，結(jié)構(gòu)式為，結(jié)構(gòu)式為 ：沃蘭

28、是一種有機(jī)酸鉻絡(luò)合物，它通常配成水、異丙醇沃蘭是一種有機(jī)酸鉻絡(luò)合物，它通常配成水、異丙醇或丙酮的溶液，該溶液是酸性的，一般是暗綠色，常用的或丙酮的溶液，該溶液是酸性的，一般是暗綠色，常用的是它的水溶液。是它的水溶液。 沃蘭處理劑與玻纖表面的作用可用如下過(guò)程表示：沃蘭處理劑與玻纖表面的作用可用如下過(guò)程表示：(2)(2)有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑 有機(jī)硅烷是一類品種很多，效果也很顯著的表面處理有機(jī)硅烷是一類品種很多，效果也很顯著的表面處理劑，其一般結(jié)構(gòu)通式為：劑，其一般結(jié)構(gòu)通式為：R Rn nSiXSiX4-n4-n X X基團(tuán)與玻璃纖維表面的作用機(jī)理：基團(tuán)與玻璃纖維表面的作用機(jī)理： 硅烷偶

29、聯(lián)劑處理玻璃纖維通常經(jīng)歷四個(gè)階段：硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維通常經(jīng)歷四個(gè)階段： 開始時(shí)在偶聯(lián)劑開始時(shí)在偶聯(lián)劑SiSi上的三個(gè)不穩(wěn)定的上的三個(gè)不穩(wěn)定的x x基團(tuán)發(fā)生水解；基團(tuán)發(fā)生水解； 隨后縮合成低聚體；隨后縮合成低聚體； 這些低聚體與基質(zhì)表面上的這些低聚體與基質(zhì)表面上的-OH-OH形成氫鍵形成氫鍵; ; 最后在干燥或固化過(guò)程中與基質(zhì)表面形成共價(jià)鍵并最后在干燥或固化過(guò)程中與基質(zhì)表面形成共價(jià)鍵并伴隨著少量的水。伴隨著少量的水。 R R為有機(jī)基團(tuán)，是可與合為有機(jī)基團(tuán)，是可與合成樹脂作用形成化學(xué)鍵的成樹脂作用形成化學(xué)鍵的活性基團(tuán)活性基團(tuán), ,如不飽和雙鍵、如不飽和雙鍵、環(huán)氧基、氨基等；環(huán)氧基、氨基等；X

30、X為易水解的基為易水解的基團(tuán)，如甲氧基、團(tuán)，如甲氧基、乙氧基等。乙氧基等。n n1 1，2 2，3 3 絕絕大多數(shù)大多數(shù)n n1 1R R基團(tuán)與樹脂基體的作用機(jī)理：基團(tuán)與樹脂基體的作用機(jī)理： 以以R R基團(tuán)為乙烯基基團(tuán)為乙烯基CHCHCHCH2 2與不飽和聚酯樹脂中的不飽與不飽和聚酯樹脂中的不飽和雙鍵的反應(yīng)為例：和雙鍵的反應(yīng)為例： (2)(2)新品種硅烷偶聯(lián)劑新品種硅烷偶聯(lián)劑 硅烷偶聯(lián)劑是偶聯(lián)劑中最重要的一大類型，除了目前已廣泛硅烷偶聯(lián)劑是偶聯(lián)劑中最重要的一大類型，除了目前已廣泛應(yīng)用的幾十種外，近來(lái)又開發(fā)了許多新的品種，下面介紹主應(yīng)用的幾十種外，近來(lái)又開發(fā)了許多新的品種，下面介紹主要的幾個(gè)品種

31、。要的幾個(gè)品種。 耐高溫型耐高溫型硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑 過(guò)氧化物型過(guò)氧化物型硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑 特點(diǎn)：一是偶聯(lián)作用的獲得是通過(guò)過(guò)氧化物熱裂解，特點(diǎn)：一是偶聯(lián)作用的獲得是通過(guò)過(guò)氧化物熱裂解，而不是通過(guò)烷氧基團(tuán)的水解；二是偶聯(lián)作用不局限于玻而不是通過(guò)烷氧基團(tuán)的水解；二是偶聯(lián)作用不局限于玻璃纖維增強(qiáng)塑料，而是適用于一大類相似或不相似物質(zhì)璃纖維增強(qiáng)塑料，而是適用于一大類相似或不相似物質(zhì)之間的偶聯(lián)。之間的偶聯(lián)。 陽(yáng)離子型陽(yáng)離子型硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑 陽(yáng)離子硅烷，除了具有一般水解型硅烷的性質(zhì)外，陽(yáng)離子硅烷，除了具有一般水解型硅烷的性質(zhì)外，還同時(shí)具有陽(yáng)離子表面活性劑的作用，可改善無(wú)機(jī)物在還同時(shí)具有陽(yáng)離子表

32、面活性劑的作用，可改善無(wú)機(jī)物在樹脂中的分散性。樹脂中的分散性。 水溶性水溶性硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑 其化學(xué)名稱為二聚氮什酰胺基三甲氧基硅烷。它是一其化學(xué)名稱為二聚氮什酰胺基三甲氧基硅烷。它是一種水溶性偶聯(lián)劑，在分子主鏈上含有硅氧烷功能基團(tuán)和氨種水溶性偶聯(lián)劑，在分子主鏈上含有硅氧烷功能基團(tuán)和氨基反應(yīng)活性基團(tuán)，其效果與基反應(yīng)活性基團(tuán)，其效果與A-A-偶聯(lián)劑相當(dāng)。偶聯(lián)劑相當(dāng)。 疊氮型疊氮型硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑7.1.1.3 7.1.1.3 偶聯(lián)劑的品種及其應(yīng)用范圍偶聯(lián)劑的品種及其應(yīng)用范圍 偶聯(lián)劑能有效地提高玻璃纖維與樹脂基體的粘結(jié)強(qiáng)度，偶聯(lián)劑能有效地提高玻璃纖維與樹脂基體的粘結(jié)強(qiáng)度，所以，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行

33、了大量的研究工作。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的所以，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了大量的研究工作。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的常用偶聯(lián)劑有沃蘭、常用偶聯(lián)劑有沃蘭、A A151151、KHKH550550、KHKH560560、NDND4242、B B201201、B B202202等。經(jīng)每種偶聯(lián)劑處理后的玻璃纖維，都等。經(jīng)每種偶聯(lián)劑處理后的玻璃纖維，都有自己相應(yīng)的樹脂基體適用范圍。有自己相應(yīng)的樹脂基體適用范圍。EgEg: :1)1)、KHKH570570對(duì)不飽和聚配樹脂處理效果最好；對(duì)不飽和聚配樹脂處理效果最好；2 2）、）、A A151151、A A172172對(duì)對(duì)1 1，2 2聚丁二烯樹脂和丁苯樹脂聚丁二烯樹脂和丁苯樹脂最有效；最有

34、效；3 3）、）、KHKH560560對(duì)環(huán)氧樹脂最好；對(duì)環(huán)氧樹脂最好；4 4）、）、KHKH550550對(duì)酚醛樹脂、聚酰亞胺效果最好；對(duì)酚醛樹脂、聚酰亞胺效果最好；5 5）、沃蘭處理的玻璃纖維對(duì)大部分樹脂都有較好效果，）、沃蘭處理的玻璃纖維對(duì)大部分樹脂都有較好效果，且價(jià)格便宜，是一種最常用的偶聯(lián)劑。且價(jià)格便宜，是一種最常用的偶聯(lián)劑。 7.1.1.4 7.1.1.4 玻璃纖維表面處理方法及影響因素玻璃纖維表面處理方法及影響因素 (1)玻璃纖維表面處理方法玻璃纖維表面處理方法后處理法后處理法前處理法前處理法遷移法遷移法處理意義：處理意義：我們知道復(fù)合材料的性能不僅與樹脂、我們知道復(fù)合材料的性能不僅

35、與樹脂、纖維的性質(zhì)與含量有關(guān)，而且在很大程度上取決于二纖維的性質(zhì)與含量有關(guān)，而且在很大程度上取決于二者的結(jié)合狀況。表面處理（包含界面處理），就是在者的結(jié)合狀況。表面處理（包含界面處理），就是在玻璃纖維表面涂一層叫做玻璃纖維表面涂一層叫做“表面處理劑表面處理劑”的物質(zhì)，使的物質(zhì)，使纖維與樹脂能牢固地結(jié)合，以達(dá)到提高玻璃鋼性能的纖維與樹脂能牢固地結(jié)合，以達(dá)到提高玻璃鋼性能的目的。目的。后處理法：后處理法： 使用紡織型浸潤(rùn)劑的玻璃纖維及制品，在使用前原則使用紡織型浸潤(rùn)劑的玻璃纖維及制品，在使用前原則上都采用此法處理。目前普遍采用的一種方法。上都采用此法處理。目前普遍采用的一種方法。 處理方法：分兩步

36、：（對(duì)于處理方法：分兩步：（對(duì)于“紡織型浸潤(rùn)劑紡織型浸潤(rùn)劑”） 首先首先除去浸潤(rùn)劑除去浸潤(rùn)劑. . a a、洗滌法、洗滌法: :在皂水或有機(jī)溶液中清洗，然后烘干。在皂水或有機(jī)溶液中清洗，然后烘干。 b b、熱處理法：（、熱處理法：（250250450450） 1h1h。 第二步第二步用表面處理劑處理（要求產(chǎn)品質(zhì)量較高時(shí)），用表面處理劑處理（要求產(chǎn)品質(zhì)量較高時(shí)），處理步驟為處理步驟為: : 浸漬水洗烘干浸漬水洗烘干 前處理法前處理法 是適當(dāng)改變浸潤(rùn)劑配方，使之既能滿足拉絲、退并、是適當(dāng)改變浸潤(rùn)劑配方，使之既能滿足拉絲、退并、紡織各道工序的要求，又不妨礙樹脂基體對(duì)玻璃纖維的浸紡織各道工序的要求，又

37、不妨礙樹脂基體對(duì)玻璃纖維的浸潤(rùn)和粘結(jié)。將偶聯(lián)劑加入到上述的浸潤(rùn)劑中，在拉絲過(guò)程潤(rùn)和粘結(jié)。將偶聯(lián)劑加入到上述的浸潤(rùn)劑中，在拉絲過(guò)程中表面處理劑就被覆到玻璃纖維表面上。中表面處理劑就被覆到玻璃纖維表面上。 用這種被覆了增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑的纖維織成的玻璃布稱為用這種被覆了增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑的纖維織成的玻璃布稱為前處理布。前處理布。 與后處理法比較與后處理法比較 ： 1 1）、不需再做任何處理而可以直接應(yīng)用）、不需再做任何處理而可以直接應(yīng)用 ； 2 2）、可省去復(fù)雜的處理工藝及設(shè)備，使用方便）、可省去復(fù)雜的處理工藝及設(shè)備，使用方便 ； 3 3）、避免了因熱處理而造成的纖維強(qiáng)度損失，是比較）、避免了因熱處理而造成的

38、纖維強(qiáng)度損失，是比較理想的處理方法；理想的處理方法；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 既要有處理效果，又要同時(shí)滿足紡織工藝，和樹脂基既要有處理效果，又要同時(shí)滿足紡織工藝，和樹脂基體要有良好的浸潤(rùn)以及滿足制作玻璃鋼各道工序的要求，體要有良好的浸潤(rùn)以及滿足制作玻璃鋼各道工序的要求，是一個(gè)比較復(fù)雜的綜合技術(shù)問(wèn)題。是一個(gè)比較復(fù)雜的綜合技術(shù)問(wèn)題。 遷移法遷移法 將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中進(jìn)行整體摻和，在將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中進(jìn)行整體摻和，在浸膠的同時(shí)將偶聯(lián)劑施于玻璃纖維上，借處理劑從樹脂膠液浸膠的同時(shí)將偶聯(lián)劑施于玻璃纖維上，借處理劑從樹脂膠液中到纖維表面的中到纖維表面的“遷移遷移”作用而與纖維表面發(fā)生反應(yīng)，

39、從而作用而與纖維表面發(fā)生反應(yīng)，從而在樹脂固化過(guò)程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。在樹脂固化過(guò)程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。 遷移法常與前處理法結(jié)合使用。遷移法常與前處理法結(jié)合使用。 遷移法比較適用于填料與樹脂不便于分開的體系遷移法比較適用于填料與樹脂不便于分開的體系. . 一般來(lái)說(shuō)，遷移法處理的效果較前兩種方法一般來(lái)說(shuō)，遷移法處理的效果較前兩種方法稍差稍差 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :工藝操作簡(jiǎn)便，不需要龐雜的處理設(shè)備，能源消耗也工藝操作簡(jiǎn)便，不需要龐雜的處理設(shè)備，能源消耗也大大降低。大大降低。 (2)偶聯(lián)劑用量及影響處理效果的因素偶聯(lián)劑用量及影響處理效果的因素偶聯(lián)劑用量偶聯(lián)劑用量起偶聯(lián)作用的是微量的偶聯(lián)劑單分子層起偶聯(lián)作用的是微量的

40、偶聯(lián)劑單分子層，每種偶聯(lián)，每種偶聯(lián)劑的實(shí)際最佳用量，多數(shù)要從實(shí)驗(yàn)中確定劑的實(shí)際最佳用量，多數(shù)要從實(shí)驗(yàn)中確定。Eg：KH560作為遷移法用偶聯(lián)劑，其用量一般為作為遷移法用偶聯(lián)劑，其用量一般為1；注意：偶聯(lián)劑用量也可采用計(jì)算法求得注意：偶聯(lián)劑用量也可采用計(jì)算法求得：計(jì)算方法：計(jì)算方法：100g給定被處理的增強(qiáng)材料的表面積，被給定被處理的增強(qiáng)材料的表面積，被1g硅烷偶硅烷偶聯(lián)劑的最小涂覆面積所除，即得該硅烷偶聯(lián)劑在聯(lián)劑的最小涂覆面積所除，即得該硅烷偶聯(lián)劑在100g此此種被處理材料上涂覆一單分子層時(shí)所需要的量。種被處理材料上涂覆一單分子層時(shí)所需要的量。例如：欲處理材料的比表面為例如：欲處理材料的比表面

41、為7m2/g。由表。由表6.3查得查得KH560偶聯(lián)劑的最小涂覆比表面為偶聯(lián)劑的最小涂覆比表面為330m2/g，欲處理該，欲處理該材料材料100g，則所需偶聯(lián)劑量為：，則所需偶聯(lián)劑量為：1007/330=2.1(g)一般來(lái)說(shuō)，偶聯(lián)劑的實(shí)際用量應(yīng)高于上述的計(jì)算用量。一般來(lái)說(shuō)，偶聯(lián)劑的實(shí)際用量應(yīng)高于上述的計(jì)算用量。影響處理效果的因素影響處理效果的因素Eg：KH560對(duì)玻纖布進(jìn)行處理時(shí)對(duì)玻纖布進(jìn)行處理時(shí)，前處理法得到，前處理法得到的玻璃纖維布和用遷移法對(duì)布進(jìn)行處理的效果一樣的玻璃纖維布和用遷移法對(duì)布進(jìn)行處理的效果一樣，但用，但用后處理法時(shí)，處理效果就不十分明顯后處理法時(shí)，處理效果就不十分明顯。烘焙溫

42、度的選擇烘焙溫度的選擇：烘焙溫度是使偶聯(lián)劑與玻璃纖維表面發(fā)生偶聯(lián)作用的烘焙溫度是使偶聯(lián)劑與玻璃纖維表面發(fā)生偶聯(lián)作用的關(guān)鍵因素之一關(guān)鍵因素之一，溫度不能過(guò)低，也不能過(guò)高。，溫度不能過(guò)低，也不能過(guò)高。Eg：用沃蘭偶聯(lián)劑，采用的預(yù)烘條件為：用沃蘭偶聯(lián)劑，采用的預(yù)烘條件為80經(jīng)經(jīng)3min后后再在再在140160下烘焙。下烘焙。用用KH550處理時(shí)，預(yù)烘條件相同，烘焙溫度則為處理時(shí)，預(yù)烘條件相同，烘焙溫度則為180。烘焙時(shí)間的選擇：烘焙時(shí)間的選擇：烘焙時(shí)間應(yīng)選擇在一定烘焙溫度下偶聯(lián)劑與玻璃纖維烘焙時(shí)間應(yīng)選擇在一定烘焙溫度下偶聯(lián)劑與玻璃纖維表面的偶聯(lián)反應(yīng)能充分進(jìn)行表面的偶聯(lián)反應(yīng)能充分進(jìn)行。Eg：用沃蘭處理

43、時(shí)，一般時(shí)間為：用沃蘭處理時(shí)，一般時(shí)間為715min，用用KH550處理時(shí)，在處理時(shí)，在10min左右。左右。為提高生產(chǎn)效率應(yīng)該采用高溫短時(shí)間的烘焙制度。為提高生產(chǎn)效率應(yīng)該采用高溫短時(shí)間的烘焙制度。處理液的配制及使用對(duì)處理效果的影響處理液的配制及使用對(duì)處理效果的影響：處理液的配制及使用，直接影響著處理效果，特別應(yīng)處理液的配制及使用，直接影響著處理效果，特別應(yīng)嚴(yán)格控制處理液的嚴(yán)格控制處理液的pH值。值。在整個(gè)處理過(guò)程中，對(duì)處理液的在整個(gè)處理過(guò)程中，對(duì)處理液的pH值應(yīng)不斷調(diào)節(jié)值應(yīng)不斷調(diào)節(jié)。Eg：沃蘭處理液配制時(shí)應(yīng)在攪拌下慢慢滴加濃度為：沃蘭處理液配制時(shí)應(yīng)在攪拌下慢慢滴加濃度為5的的氨水，調(diào)節(jié)氨水，

44、調(diào)節(jié)pH值到值到56之間，配好的處理液再放置約之間，配好的處理液再放置約8h，待待PH值穩(wěn)定后再用。沃蘭處理液濃度一般為值穩(wěn)定后再用。沃蘭處理液濃度一般為13。7.1.2碳纖維的表面處理碳纖維的表面處理7.1.2.1碳纖維表面處理的碳纖維表面處理的目的和意義目的和意義碳纖維的表面處理就是為了改善其表面結(jié)構(gòu)和性能，碳纖維的表面處理就是為了改善其表面結(jié)構(gòu)和性能，采取針對(duì)性的措施，使之獲得與基體材料很好地粘結(jié)，從采取針對(duì)性的措施，使之獲得與基體材料很好地粘結(jié)，從而達(dá)到提高其復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度、斷裂韌性、尺寸穩(wěn)而達(dá)到提高其復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度、斷裂韌性、尺寸穩(wěn)定性及界面的抗?jié)裥?。定性及界面的抗?jié)裥浴?/p>

45、7.1.2.2碳纖維表面處理的碳纖維表面處理的方法及作用效果方法及作用效果處理機(jī)理：處理機(jī)理：清除碳纖維表面雜質(zhì)，在碳纖維表面刻蝕溝槽或形成清除碳纖維表面雜質(zhì)，在碳纖維表面刻蝕溝槽或形成微孔以增大表面積，從類似石墨層面改性成碳狀結(jié)構(gòu)以增微孔以增大表面積，從類似石墨層面改性成碳狀結(jié)構(gòu)以增加碳纖維表面能，或者引入具有極性或反應(yīng)性的官能團(tuán)以加碳纖維表面能，或者引入具有極性或反應(yīng)性的官能團(tuán)以形成與樹脂起作用的中間層。形成與樹脂起作用的中間層。(1)表面浸涂有機(jī)化合物表面浸涂有機(jī)化合物將碳纖維像紡織中的漿紗一樣，使與含有反應(yīng)性端將碳纖維像紡織中的漿紗一樣，使與含有反應(yīng)性端基的樹脂相接觸，如將羥端基的丁二

46、烯丙烯酸共聚物、基的樹脂相接觸，如將羥端基的丁二烯丙烯酸共聚物、硫醇基的丁二烯丙烯酸共聚物、聚縮水甘油醚或脂環(huán)硫醇基的丁二烯丙烯酸共聚物、聚縮水甘油醚或脂環(huán)族環(huán)氧化合物等涂覆于纖維表面。族環(huán)氧化合物等涂覆于纖維表面。也可浸涂異氰酸酯或有機(jī)金屬化合物等以改善其界也可浸涂異氰酸酯或有機(jī)金屬化合物等以改善其界面粘結(jié)性。面粘結(jié)性。(2)表面涂覆無(wú)機(jī)化合物表面涂覆無(wú)機(jī)化合物表面上沉積無(wú)定形碳表面上沉積無(wú)定形碳方法：一是在電阻爐中加熱到方法：一是在電阻爐中加熱到1200，然后與甲烷，然后與甲烷氮氮混合氣體相接觸，使甲烷在熱碳纖維表面分解，以形成混合氣體相接觸，使甲烷在熱碳纖維表面分解，以形成無(wú)定形碳涂層。

47、另一種方法是先浸涂聚喹類溶液，再經(jīng)無(wú)定形碳涂層。另一種方法是先浸涂聚喹類溶液，再經(jīng)過(guò)干燥后，于過(guò)干燥后，于1600下裂解后得到碳纖維。下裂解后得到碳纖維。加涂碳化物加涂碳化物涂敷于碳纖維上的碳化物主要有如下幾種：涂敷于碳纖維上的碳化物主要有如下幾種：1）用化學(xué)氣相沉積）用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法加涂碳化硅；的方法加涂碳化硅；將碳纖維在高溫下與四氯化硅將碳纖維在高溫下與四氯化硅氫混合氣體相接觸。氫混合氣體相接觸。2）加涂碳化硼）加涂碳化硼；將碳纖維在高溫下與三氯化硼將碳纖維在高溫下與三氯化硼氫混合氣體相接觸。氫混合氣體相接觸。3）加涂碳化鉻；）加涂碳化鉻；先使每克碳纖維吸附先使每克碳纖維吸附

48、0.8m1左右的醋酸鉻溶液，然后左右的醋酸鉻溶液，然后在在120下干燥，再在下干燥，再在1200電阻爐中停留電阻爐中停留15-20s，以便，以便分解成碳化鉻的化合物沉積于碳纖維表面。分解成碳化鉻的化合物沉積于碳纖維表面。4）涂鹵化金屬或硼氮化合物等。涂鹵化金屬或硼氮化合物等。(3)表面化學(xué)處理表面化學(xué)處理酸處理酸處理碳纖維經(jīng)氫溴酸或氫碘酸處理后，可提高纖維的導(dǎo)熱碳纖維經(jīng)氫溴酸或氫碘酸處理后，可提高纖維的導(dǎo)熱性和結(jié)晶性，經(jīng)強(qiáng)氧化性酸如發(fā)煙硝酸或發(fā)煙硫酸等處理性和結(jié)晶性，經(jīng)強(qiáng)氧化性酸如發(fā)煙硝酸或發(fā)煙硫酸等處理后，使表面氧化，降低了導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，尤其適宜作消融后，使表面氧化，降低了導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，尤其

49、適宜作消融性材料。性材料。注意：已被逐漸淘汰而改用氧或臭氧及潮濕空氣氧化的方注意：已被逐漸淘汰而改用氧或臭氧及潮濕空氣氧化的方法。法。臭氧氧化法臭氧氧化法臭氧的產(chǎn)生可用無(wú)聲放電和光化學(xué)反應(yīng)等方法。臭氧的產(chǎn)生可用無(wú)聲放電和光化學(xué)反應(yīng)等方法。氨處理氨處理可用各種熱源使碳纖維溫度達(dá)可用各種熱源使碳纖維溫度達(dá)1000以上，然后通入以上，然后通入10-100氨和無(wú)氧化性氣體，如氮、氬、氫、氦等混合氨和無(wú)氧化性氣體，如氮、氬、氫、氦等混合氣。氣。鹽溶液處理鹽溶液處理先浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的銅鉛鉆等鹽類溶液，先浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的銅鉛鉆等鹽類溶液，然后在空氣或氧氣中于然后在空氣或氧氣中于200600下氧化，使碳纖維表下氧化，使碳纖維表面粗糙而達(dá)到改善界面。面粗糙而達(dá)到改善界面。(4)電解氧化處理電解氧化處理用含活性氯用含活性氯5.25的次氯酸鈉溶液（的次氯酸鈉溶液（PH=11）作為）作為電解液，電流密度為電解液，電流密度為2.512mA/cm2,將碳纖維在其中停將碳纖維在其中停留留210min，經(jīng)過(guò)洗滌和干燥。，經(jīng)過(guò)洗滌和干燥。(5)等離子體處理等離子體處理有高溫和低溫兩種有高溫和低溫兩種:高溫：使含有高溫：使含有5一一15氬的混合氣體中產(chǎn)生等離子體，氬的混合氣體中產(chǎn)生等離子體，溫度為