三、复合材料界面的设计原则
第二节 高聚物复合材料界面的形成及作用机理
一、界面层的形成
1. 增强材料与高聚物间界面的形成首先要求增强材 料与基体之间能够浸润和接触，是界面形成的 第一阶段;
2. 能否浸润，这主要取决于它们的表面自由能，即 表面张力，表面张力是物质的主要表面性能之 一;
3. 表面分子所特有的位能，就称为表面能或表面自 由能;
中去。
（三）偶联剂的作用机理
二、 碳纤维的表面处理
1. 氧化法
• 氧化法主要有气相氧化法、液相氧化法 Nhomakorabea阳极氧化法;
2. 沉积法
• 沉积法是指在高温及还原性气氛中，使烃类、金属卤化 物等以碳、碳化物的形式在碳纤维表面形成沉积膜或生 长晶须，从而可对碳纤维表面进行改性;
3. 电沉积与电聚合法
电沉积法就是利用电化学的方法使聚合物层均匀而致密地 覆盖在碳纤维的表面上;
第一节 研究复合材料界面的重要性
一、界面：由于复合材料是由两种或两种以上的化学性质或物理相不同 的材料组成的，所以除了材料的本体性质、表面性质外，还有由于不 同材料之间相互接触所产生的共有的接触面，也就是界面。
二、重要性： • 1.无论是金属材料、陶瓷材料还是高聚物构成的复合材料，其界面是
在热、力学以及化学等环境条件下形成的体系，具有十分复杂的结构， 因而对复合材料的影响也是巨大； • 2.高聚物许多有价值的功能，都是通过其表面与外在环境的接触面形 成的界面来作贡献的； • 3.材料的性质的优劣在很大程度上取决于界面相互作用的结果; • 4.界面层成为复合材料组成的一部分，它的组成、结构与性能，是由 填充、增强材料与基体材料的组成及它们间的反应性能所决定的，因 此在复合前必须对填充、增强材料的表面进行研究及改性。
因素造成的.(1)是由于聚合过程中所带入的杂质;(2)是聚合 过程中末完全转化的低相对分子质量物质；(3)是加入的各 种助剂的影响；(4)是在商品贮存及运输过程中不慎带入的 杂质等。
3. 物理(浸润)吸附理论
• 基体树脂与增强材料之间的结合主要是取决于次价力的作 用，粘结作用的优劣决定于相互之间的浸润性;
8.界面层的作用是使基体材料与增强材料形成一个 整体，并通过它传递应力。
二、界面层的作用机理
1.化学键理论
• 化学链理论认为增强材料与基体材料之间必须形成化学键 才能使粘结界面产生良好的粘结强度，形成界面。
2.弱边界层理论
边界层内存在有低强度区城，别称为弱边界层; 在聚合物基体内部，形成弱边界层的原因可能是由以下的
• 一些常用的填充、增强材料的表面处理理论及具体实施 的方法:
一、玻璃纤维的表面处理
• 玻璃纤维的主要成分是硅酸盐，与高聚物的界面粘合性不好，因此 常常要采用有机硅烷偶联剂与有机铬合物偶联剂对玻璃纤维的表面 进行处理；
• 由于通过这两种不同的基团的反应，能够把两种不同性质的材料连 接起来，因此称为偶联剂。
第六章 复合材料的界面(4学时)
第一节 研究复合材料界面的重要性 第二节 高聚物复合材料界面的形成及作用机理
第三节 填充、增强材料的表面处理 第四节 复合材料界面分析技术
上一章
Chapter 6 Interface of Polymer Matrix Learning Objectives
1. 理解复合材料界面的形成和作用机理； 2. 了解填充、增强材料的表面处理方法； 3. 掌握复合材料的界面分析技术；
电聚合的方法是以碳纤维作为电极，以一些单体溶解在溶 剂中为电解液。
4. 等离子体处理法：
等离子体是一种全部或者部分电离了的气 体状态物质，含有原子、分子、离子亚稳 态和激发态，并且电子、正离子与负离子 的含量大致相等，因而称为等离子体。
• 等离子体共有三种:即高温(热)等离子体、 低温(冷)等离子体、混合等离子体。
4. 外界为增加表面积所消耗的功就叫做表面功。
5.表面张力的计算：
6. 增强材料与基体材料之间界面形成的第二阶段就 是增强材料要与基体材料间通过相互作用而使界 面固定下来，形成固定的界面层;
7. 界面层是由于复合材料中增强材料表面与基体材 料表面的相互作用而形成的，或者说界面层是由 增强材料与基体材料之间的界面以及增强材料和 基体材料的表面薄层构成;
（一）表面的处理机理：
1.首先为硅烷偶联剂水解： 2. 硅醇之间进行缩合反应，形成低聚体; 3. 吸水玻璃纤维的表面与硅醇之间形成氢键：
(4) 最后干燥脱水，玻璃纤维表面与硅酵之间形成共价键;
（二）表面处理的方法： A.在玻璃纤维清洁的表面涂敷硅烷偶联剂； B.在玻璃纤维纺丝的过程中就用硅烷偶联剂进行处理； C.在玻璃纤维增强高聚物成型时，把偶联剂直接掺混到基体当
三、粉末填料的表面处理
1. 单烷氧基脂肪酸型 2. 单烷氧基焦磷酸酯型 3. 螯合型 4. 配位体型
作业题：
1. 举例说明界面层的作用机理； 2. 说明复合材料界面分析技术研究方法特点。
第四节 复合材料界面分析技术
一、红外光谱研究
1.高聚物界面的红外光谱的表示方法： 透射光谱法，表面研磨法，内反射光谱法，漫反射光谱法、
4. 机械粘结理论
机械粘结的关键是被粘物体的表面必须有大量的槽沟、多 孔穴，粘合剂经过流动、挤压、浸渗而填入到这些孔穴内， 固化后就在孔穴中紧密地结合起来，表现出较高的粘合强 度。
第三节 填充、增强材料的表面处理
• 高聚物复合材料是由填充或增强材料与基体树脂两相组成的，两相 之间存在着界面，并通过界面的作用使两种不同种类的材料结合在 一起，使复合材料具备了原单一组成材料所不能体现出来的性能;
反射-吸收光谱法等； 2.红外光谱运用举例：
二、电子显微镜法
1. 电子显微镜的分类： A. 透射电子显微镜(TEM) : • (1)试样要求：试样必须是对电子有高透明度的材料，为使电子束透
过，样品的厚度在0.2um以下，最好是0.05um为宜； • (2)使用TEM可研究聚合物合金内部的结构和分散状态；交联聚合
物的网络、交联程度和交联密度以及聚合 • 物的结晶形态等。
B.扫描电子显微镜(SEM): (1) 磨平，抛光，镀金，观察; (2) 研究高聚物复合材料，包括纤维增强复合材料以及高聚物与金属粘