第八章-復(fù)合材料界面

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同材料通過一定工藝制成的多相。包括它是一種多相材料，包含兩種或兩種以上物理上不同并可用機(jī)械方分離的材它可以在人為控制下以某種工藝將幾種分離的不同材料形成復(fù)合材有的獨(dú)特性能。2復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)：基體相增強(qiáng)劑相復(fù)合熱塑性聚合物基：PP、PE、尼龍、金屬基復(fù)合材料無機(jī)非金屬基復(fù)合材料：3復(fù)合復(fù)合復(fù)合材料的密度低，在1.4～2.0之，約為鋼的1/5，鋁的1/2，因而其比強(qiáng)度（抗張強(qiáng)度與密度的比）、比模量（彈性模量與密度的比）比鋼、鋁合金高，如高模量碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的比強(qiáng)度為鋼的5倍，鋁合金的4倍。其比模量是鋼、鋁、鈦的4倍。輕質(zhì)高強(qiáng)是復(fù)合材料適宜用作航空、4一些一些常用材料及纖維復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模鋼１５１０5復(fù)合電性能好聚聚合物基復(fù)合材料的電絕緣性、高頻介電性能、微波透性好，適宜用作電機(jī)儀表零件 罩等 、貯槽、漁船等；導(dǎo)熱系數(shù)低，是優(yōu)良的絕熱材料。聚合物基復(fù)合大氣層免、貯槽、漁船等；導(dǎo)熱系數(shù)低，是優(yōu)良的絕熱材料。聚合物基復(fù)合大氣層免受2000℃以上性能的可設(shè)計(jì)性及材料與結(jié)構(gòu)的一致維的排列方向、鋪層次序和層數(shù)有關(guān)，因此可以優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。降低了應(yīng)力集中。同時(shí)，也相應(yīng)減輕了零部件的重量，減少了制造工序和加工量，縮短加工周期，降低生產(chǎn)成本。向強(qiáng)度都不夠理想。因此，常常要對復(fù)合材料進(jìn)行界面改性來提高復(fù)合材料的性能。材料科學(xué)的發(fā)展。8.28.2基復(fù)合材料也可分為熱固性樹脂基復(fù)合材料和熱塑性樹脂基復(fù)合材料。用作復(fù)合材料基體的熱塑性樹脂有聚乙烯、聚丙烯、尼龍聚酰亞胺等熱塑性高分子材料用作復(fù)合材料基體的熱固性樹脂最主要的是不飽和聚酯樹、環(huán)氧和酚醛三大熱固性樹脂。8.2.1不飽和聚酯不飽和聚酯樹脂是由飽和二元酸，不飽和二元酸（）與多元醇縮聚而成的聚酯在乙烯基單體（）中的溶液。飽和二元酸或酸酐：OCOCCOOOCCOHC HOOC 多元醇CHCHCHOH交聯(lián)劑CH=CHCH=CH2O OCOOCOCO OCOOCOCnOCOCn主鏈含有雙鍵的調(diào)調(diào)節(jié)飽和二元酸和不飽和二元酸的比例，可以控制不飽和聚酯中雙鍵的 過氧化 劑BPO過氧化甲乙酮過氧化環(huán)氧化－還 體系：促進(jìn) 二甲基苯過氧化甲乙 環(huán)烷酸過氧化環(huán)己 環(huán)烷酸不飽和聚酯樹脂人造大理石、瑪 艦 座 環(huán)氧樹脂是指分子結(jié)構(gòu)中含有2個(gè)或2個(gè)以上環(huán)氧基的中間。環(huán)氧基：R-OH+CH2-CH-R-OH+CH2-CH-R-O-CH2-CH-R-O-CH2-CH-OOR-NH2+CH2-CH-R-NH-CH2-CH-R-NH-CH2-CH-OO縮水甘油酯型環(huán)氧OOOO基丙烷（雙酚A）與環(huán)氧氯丙烷合成的雙酚A型環(huán)氧樹脂最為重要 OO-CH2-CH-CH2nO環(huán)氧樹脂 叔胺、三氟化硼等脂肪族多元 原胺基上的活潑氫OHCH2-CHR-NH +CH2 CHO

R-

CH2-CHOH常用的脂肪 二乙烯三乙烯四乙烯多乙烯多胺 酸酐交聯(lián)劑,酸酐交聯(lián)劑,用量=MG（0.6-M=酸酐分子G=環(huán)氧值,（0.6-1）劑的選劑。從方法上選擇：有的制品不能加熱，則不能選用熱的劑。選用酸酐類或潛伏性劑。從安全上選擇：一般要求毒性小的為好，便于安全生產(chǎn)從成本上選環(huán)氧樹脂的應(yīng)用領(lǐng)涂料，防腐蝕漆、金屬底漆、絕緣漆，但耐候電子電器，絕緣及 8.2.3酚醛由酚類和醛類合成的樹脂。酚類一般是苯酚，醛類主要是 熱固性酚醛樹脂：以堿為催化劑， 比大于1，反應(yīng)到一定階段停止，加熱 熱塑性酚醛樹脂：以酸為催化劑， 比小于1，加入六次甲基四胺等 反應(yīng)原理：第一 與苯酚加成生成羥甲基苯

OHOHOHOHCH2OHCH2OHOH2CH2OHOH+C2HOHOHCH2CH2OHCH2OHCH2OHOHHOH2CH2OHCH2OH，熱固性酚醛樹脂只要加熱或加酸，就能 OHCH+OHOHCHOHCH+OHOHCH+-或羥甲基與羥甲基縮合成醚鍵，再在加熱下脫 成次甲應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?；⒓纯s合，但因苯酚過量，消耗完反應(yīng)終止。以后再加入或劑，反應(yīng)繼續(xù)，成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 熱、加壓下進(jìn)行。三種樹脂基體的比不飽和聚酯：）人造大理石等等。環(huán)氧樹脂:與碳纖維等復(fù)合，界面結(jié)合好，收縮系粘度大，工藝性差。用于高檔制品，如航空航天材料酚醛樹脂：耐熱性突出，但 乙烯基酯樹華昌MFE（MFE環(huán)氧分子結(jié)構(gòu) 為環(huán)氧骨架，具有環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn)：良好的力學(xué)性能和對維的粘結(jié)性過程通過與活性單體苯乙烯的共聚來實(shí)現(xiàn)，具有不飽和聚酯樹脂的優(yōu)：良好的成型工藝性，即適宜的粘度、室 和凝膠時(shí)間的可調(diào)節(jié)性方面賦予復(fù)合材料新的性能。8.3增強(qiáng)材纖維增強(qiáng)材料：材料璃纖維、碳纖維、有機(jī)纖維，無機(jī)纖然形態(tài)：連續(xù)長纖維、短切纖維、編織纖維、纖維氈以及良好的高溫強(qiáng)度保留率，在8.3增強(qiáng)材顆粒狀與片狀增強(qiáng)材料：使復(fù)合材料制品的價(jià)格降低，而且能顯著改善制品的機(jī)械性能、耐摩擦性能、熱性能、耐老化性能 在復(fù)合材料中，大都是作為增強(qiáng)材料。產(chǎn)生了1＋1>2的作用，稱為協(xié)同效應(yīng)。界面是斷裂能大幅提高的原因斷裂能大幅提高的原因聚酯玻璃鋼的斷裂能：105圖8-1纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合前后的結(jié)圖圖8-2能發(fā)生界面脫粘、基體和纖維的斷裂、纖維拔出等過程，吸收了大量現(xiàn)出復(fù)合材料的協(xié)同效應(yīng)。纖維本體纖維表面界面吸基體表纖維本體纖維表面界面吸基體表面區(qū)基體本體對復(fù)合材料的宏觀性能產(chǎn)生直接的影響。玻璃纖維增強(qiáng)塑料界玻璃纖維增強(qiáng)塑料，俗稱玻璃鋼，由玻璃纖維和基體樹脂組成。玻璃纖維賦予復(fù)合材料強(qiáng)度和剛度，基體則對復(fù)合能等密切相關(guān)玻璃纖維概述空穴中填充著Na＋，K＋、Ca2＋、Mg2＋玻璃是一種很好的耐腐蝕材料，除氫氟酸（HF）、濃堿、濃磷骨架氧化物二氧化硅三氧化二硼改性氧化物：氧化鈣三氧化二鋁等；助熔氧化物：氧化鈉等拉伸強(qiáng)度高，伸長小(3%)不燃性，耐化學(xué)性佳；玻璃纖維直徑與拉伸強(qiáng)4579玻纖分無堿玻纖：0.％；被無機(jī)酸侵蝕，故不適于用在酸性環(huán)境。中堿玻纖：含堿金屬氧化物1.。堿玻璃，但電氣性能差，機(jī)械強(qiáng)度低于無堿玻璃纖維～。中堿玻璃纖維只是用于生產(chǎn)耐腐蝕的玻璃纖維產(chǎn)品，如增強(qiáng)瀝青屋面材料，但在我國中堿玻璃纖維占據(jù)玻璃纖維產(chǎn)量的一大半因?yàn)槠鋬r(jià)格低于無堿玻璃纖維而有較強(qiáng)的競爭力。特種玻纖高強(qiáng)度、高模量它維拉度20Ma，比無堿玻纖抗拉強(qiáng)度高%左右彈性模量800-纖度。制品多用于 、空間、 盔甲及運(yùn)動器械。但是價(jià)格昂貴，前在民用方面還不能得到推廣全世界產(chǎn)量也就幾千噸左右。-Si-O-Si-+Si-OHS-Si-O-Si-+Si-OHS-Si-O-H2Si-OH+的Si-Si骨架 的界面結(jié)合。偶聯(lián)劑是分子中含有兩種不同性質(zhì)基團(tuán)的化合物，其主要種類：硅烷鈦酸有機(jī)鉻絡(luò)合有機(jī)硅烷偶通式

RnSiX4-為與聚合物分子有親和力或反應(yīng)能力的有機(jī)基團(tuán)，可，，等，＝1～4；若n＝1，則通式X基團(tuán)水解，形成硅醇 OH R+32X

R+3HOHR R HHOR HHR OHHOHOHOOOROROOR OO硅烷偶聯(lián)劑與玻纖表面以－－玻纖表面縮聚成膜，形成了有機(jī)基團(tuán)朝外的的結(jié)構(gòu)?？伤饣鶊F(tuán)X的性X＝－Cl，水解產(chǎn)物為HCl，有促作用，水解產(chǎn)X＝－OCH2CH2OCH3，水溶性新配好的乙烯基三乙氧基硅烷水溶單體：82％二聚體三聚體：放置單體：34％二聚體：三聚體30聚體配好的硅烷偶聯(lián)劑溶液應(yīng)在12hr內(nèi)用

硅烷偶聯(lián)劑水解產(chǎn)物不定，會自行縮合沉偶聯(lián)劑之間的縮合反應(yīng)導(dǎo)致偶聯(lián)劑的失 有機(jī)基團(tuán)R中可含有－C＝C可參與基體樹脂的 反應(yīng)。這結(jié)合起來玻璃纖維表面的有機(jī)硅單分子層示意A151乙烯基三乙氧基 )5

不飽和聚酯,PP,PE,PVC, CH2=CH-A172乙烯基三CH2=CH-

不飽和聚酯,PP, A174、KH570γ－甲基丙烯酸丙CHCH2=C S(OCH3O不飽和聚酯PPPMMA,A1100（KH550）γ－胺H2N(CH)3C2)5

酰亞胺 A1120（KH843）胺乙基胺丙基三甲氧基硅H2N(CH)NH(CH)2i(OCH)3

A187（KH560）γ－縮水甘油醚丙基三甲氧基硅 OC3O8.5.38.5.3聯(lián)劑。璃纖維表面覆蓋一層偶聯(lián)劑。處理法的浸潤劑配方研究已成為一個(gè)重要的課題。玻纖

坩鍋拉絲法

浸潤劑的作用 （3）保護(hù)纖維，防止纖維紡時(shí)，由于表浸潤劑種類：增強(qiáng)型浸潤劑：專門為生產(chǎn)增強(qiáng)用玻璃纖維而發(fā)展的浸潤、環(huán)氧、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯8.5.38.5.3維表面發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生作用。處理設(shè)備。但遷移法的效果要差于前兩種方法。聚酯玻璃鋼的水水煮時(shí)彎曲強(qiáng)度保留率未處理A-KH-KH-028材材料在彎曲應(yīng)力的作用下，不但受到壓縮和拉伸應(yīng)力的作用，而且還受到應(yīng)力的作用。因此彎曲強(qiáng)度可反映出材料界面結(jié)合的情況疊氮硅烷偶聯(lián)劑NH23帶芳香結(jié)構(gòu)的硅烷偶聯(lián)劑都是耐高溫型硅烷偶過氧化物偶聯(lián)劑RCClCOClCrRCClCOClCrCrClOHCl不飽和有機(jī)酸缺點(diǎn)：品種單調(diào)，適用范圍不及硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯主要用于玻璃纖通式 RC

C PH OHRC

OHOHRC C

O

OHOHHO RC

PH O

與硅烷偶聯(lián)劑類與硅烷偶聯(lián)劑類

R-R-O-

OOO-P-(O-C8OO-P-(O-C81733特點(diǎn)：特點(diǎn)：度，改善加工性能。 ⑸（1）官