第八章-复合材料界面

复合材料是由两种或两种以上的不同材料通过一定工艺制成的多相。包括它是一种多相材料，包含两种或两种以上物理上不同并可用机械方分离的材它可以在人为控制下以某种工艺将几种分离的不同材料形成复合材有的独特性能。2复合材料的结构：基体相增强剂相复合热塑性聚合物基：PP、PE、尼龙、金属基复合材料无机非金属基复合材料：3复合复合复合材料的密度低，在1.4～2.0之，约为钢的1/5，铝的1/2，因而其比强度（抗张强度与密度的比）、比模量（弹性模量与密度的比）比钢、铝合金高，如高模量碳纤维/环氧复合材料的比强度为钢的5倍，铝合金的4倍。其比模量是钢、铝、钛的4倍。轻质高强是复合材料适宜用作航空、4一些一些常用材料及纤维复合材料的比强度和比模钢１５１０5复合电性能好聚聚合物基复合材料的电绝缘性、高频介电性能、微波透性好，适宜用作电机仪表零件 罩等 、贮槽、渔船等；导热系数低，是优良的绝热材料。聚合物基复合大气层免、贮槽、渔船等；导热系数低，是优良的绝热材料。聚合物基复合大气层免受2000℃以上性能的可设计性及材料与结构的一致维的排列方向、铺层次序和层数有关，因此可以优化设计，做到安全可靠，经济合理。降低了应力集中。同时，也相应减轻了零部件的重量，减少了制造工序和加工量，缩短加工周期，降低生产成本。向强度都不够理想。因此，常常要对复合材料进行界面改性来提高复合材料的性能。材料科学的发展。8.28.2基复合材料也可分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料。用作复合材料基体的热塑性树脂有聚乙烯、聚丙烯、尼龙聚酰亚胺等热塑性高分子材料用作复合材料基体的热固性树脂最主要的是不饱和聚酯树、环氧和酚醛三大热固性树脂。8.2.1不饱和聚酯不饱和聚酯树脂是由饱和二元酸，不饱和二元酸（）与多元醇缩聚而成的聚酯在乙烯基单体（）中的溶液。饱和二元酸或酸酐：OCOCCOOOCCOHC HOOC 多元醇CHCHCHOH交联剂CH=CHCH=CH2O OCOOCOCO OCOOCOCnOCOCn主链含有双键的调调节饱和二元酸和不饱和二元酸的比例，可以控制不饱和聚酯中双键的 过氧化 剂BPO过氧化甲乙酮过氧化环氧化－还 体系：促进 二甲基苯过氧化甲乙 环烷酸过氧化环己 环烷酸不饱和聚酯树脂人造大理石、玛 舰 座 环氧树脂是指分子结构中含有2个或2个以上环氧基的中间。环氧基：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缩水甘油酯型环氧OOOO基丙烷（双酚A）与环氧氯丙烷合成的双酚A型环氧树脂最为重要 OO-CH2-CH-CH2nO环氧树脂 叔胺、三氟化硼等脂肪族多元 原胺基上的活泼氢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 酸酐交联剂,酸酐交联剂,用量=MG（0.6-M=酸酐分子G=环氧值,（0.6-1）剂的选剂。从方法上选择：有的制品不能加热，则不能选用热的剂。选用酸酐类或潜伏性剂。从安全上选择：一般要求毒性小的为好，便于安全生产从成本上选环氧树脂的应用领涂料，防腐蚀漆、金属底漆、绝缘漆，但耐候电子电器，绝缘及 8.2.3酚醛由酚类和醛类合成的树脂。酚类一般是苯酚，醛类主要是 热固性酚醛树脂：以碱为催化剂， 比大于1，反应到一定阶段停止，加热 热塑性酚醛树脂：以酸为催化剂， 比小于1，加入六次甲基四胺等 反应原理：第一 与苯酚加成生成羟甲基苯

OHOHOHOHCH2OHCH2OHOH2CH2OHOH+C2HOHOHCH2CH2OHCH2OHCH2OHOHHOH2CH2OHCH2OH，热固性酚醛树脂只要加热或加酸，就能 OHCH+OHOHCHOHCH+OHOHCH+-或羟甲基与羟甲基缩合成醚键，再在加热下脱 成次甲应，网络结构。基立即缩合，但因苯酚过量，消耗完反应终止。以后再加入或剂，反应继续，成网络结构。 热、加压下进行。三种树脂基体的比不饱和聚酯：）人造大理石等等。环氧树脂:与碳纤维等复合，界面结合好，收缩系粘度大，工艺性差。用于高档制品，如航空航天材料酚醛树脂：耐热性突出，但 乙烯基酯树华昌MFE（MFE环氧分子结构 为环氧骨架，具有环氧树脂的优点：良好的力学性能和对维的粘结性过程通过与活性单体苯乙烯的共聚来实现，具有不饱和聚酯树脂的优：良好的成型工艺性，即适宜的粘度、室 和凝胶时间的可调节性方面赋予复合材料新的性能。8.3增强材纤维增强材料：材料璃纤维、碳纤维、有机纤维，无机纤然形态：连续长纤维、短切纤维、编织纤维、纤维毡以及良好的高温强度保留率，在8.3增强材颗粒状与片状增强材料：使复合材料制品的价格降低，而且能显著改善制品的机械性能、耐摩擦性能、热性能、耐老化性能 在复合材料中，大都是作为增强材料。产生了1＋1>2的作用，称为协同效应。界面是断裂能大幅提高的原因断裂能大幅提高的原因聚酯玻璃钢的断裂能：105图8-1纤维增强塑料复合前后的结图图8-2能发生界面脱粘、基体和纤维的断裂、纤维拔出等过程，吸收了大量现出复合材料的协同效应。纤维本体纤维表面界面吸基体表纤维本体纤维表面界面吸基体表面区基体本体对复合材料的宏观性能产生直接的影响。玻璃纤维增强塑料界玻璃纤维增强塑料，俗称玻璃钢，由玻璃纤维和基体树脂组成。玻璃纤维赋予复合材料强度和刚度，基体则对复合能等密切相关玻璃纤维概述空穴中填充着Na＋，K＋、Ca2＋、Mg2＋玻璃是一种很好的耐腐蚀材料，除氢氟酸（HF）、浓碱、浓磷骨架氧化物二氧化硅三氧化二硼改性氧化物：氧化钙三氧化二铝等；助熔氧化物：氧化钠等拉伸强度高，伸长小(3%)不燃性，耐化学性佳；玻璃纤维直径与拉伸强4579玻纤分无碱玻纤：0.％；被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。中碱玻纤：含碱金属氧化物1.。碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维～。中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。特种玻纤高强度、高模量它维拉度20Ma，比无碱玻纤抗拉强度高%左右弹性模量800-纤度。制品多用于 、空间、 盔甲及运动器械。但是价格昂贵，前在民用方面还不能得到推广全世界产量也就几千吨左右。-Si-O-Si-+Si-OHS-Si-O-Si-+Si-OHS-Si-O-H2Si-OH+的Si-Si骨架 的界面结合。偶联剂是分子中含有两种不同性质基团的化合物，其主要种类：硅烷钛酸有机铬络合有机硅烷偶通式

RnSiX4-为与聚合物分子有亲和力或反应能力的有机基团，可，，等，＝1～4；若n＝1，则通式X基团水解，形成硅醇 OH R+32X

R+3HOHR R HHOR HHR OHHOHOHOOOROROOR OO硅烷偶联剂与玻纤表面以－－玻纤表面缩聚成膜，形成了有机基团朝外的的结构。可水解基团X的性X＝－Cl，水解产物为HCl，有促作用，水解产X＝－OCH2CH2OCH3，水溶性新配好的乙烯基三乙氧基硅烷水溶单体：82％二聚体三聚体：放置单体：34％二聚体：三聚体30聚体配好的硅烷偶联剂溶液应在12hr内用

硅烷偶联剂水解产物不定，会自行缩合沉偶联剂之间的缩合反应导致偶联剂的失 有机基团R中可含有－C＝C可参与基体树脂的 反应。这结合起来玻璃纤维表面的有机硅单分子层示意A151乙烯基三乙氧基 )5

不饱和聚酯,PP,PE,PVC, CH2=CH-A172乙烯基三CH2=CH-

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

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

A187（KH560）γ－缩水甘油醚丙基三甲氧基硅 OC3O8.5.38.5.3联剂。璃纤维表面覆盖一层偶联剂。处理法的浸润剂配方研究已成为一个重要的课题。玻纤

坩锅拉丝法

浸润剂的作用 （3）保护纤维，防止纤维纺时，由于表浸润剂种类：增强型浸润剂：专门为生产增强用玻璃纤维而发展的浸润、环氧、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯8.5.38.5.3维表面发生反应，产生作用。处理设备。但迁移法的效果要差于前两种方法。聚酯玻璃钢的水水煮时弯曲强度保留率未处理A-KH-KH-028材材料在弯曲应力的作用下，不但受到压缩和拉伸应力的作用，而且还受到应力的作用。因此弯曲强度可反映出材料界面结合的情况叠氮硅烷偶联剂NH23带芳香结构的硅烷偶联剂都是耐高温型硅烷偶过氧化物偶联剂RCClCOClCrRCClCOClCrCrClOHCl不饱和有机酸缺点：品种单调，适用范围不及硅烷偶联剂和钛酸酯主要用于玻璃纤通式 RC

C PH OHRC

OHOHRC C

O

OHOHHO RC

PH O

与硅烷偶联剂类与硅烷偶联剂类

R-R-O-

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