材料表界面(华东理工大学)-9.ppt

第8章复合材料的界面8.1复合材料概述复合材料的结构：
基体相
增强剂相
相与相之间存在界面。

复合材料按基体分类
聚合物基复合材料
热塑性聚合物基：PP、PE、尼龙、PVC
热固性聚合物基：不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等
金属基复合材料
无机非金属基复合材料：
陶瓷基、水泥基、玻璃基复合材料的特性一些常用材料及纤维复合材料的比强度和比模量复合材料的特性复合材料的特性复合材料的特性复合材料的特性8.2.聚合物基复合材料8.2.1不饱和聚酯

不饱和聚酯树脂是由饱和二元酸(或酸酐)，不饱和二元酸（或酸酐）与多元醇缩聚而成的聚酯在乙烯基单体（如苯乙烯）中的溶液。饱和二元酸或酸酐：

不饱和二元酸或酸酐多元醇

交联剂然后，在引发剂的存在下，不饱和聚酯中的双键与苯乙烯发生自由基共聚反应，交联成三元网状结构过氧化物引发剂：
BPO过氧化甲乙酮过氧化环己酮
氧化－还原引发体系：促进剂，可使之在室温下固化
BPO－N，N-二甲基苯胺
过氧化甲乙酮-环烷酸钴
过氧化环己酮-环烷酸钴
不饱和聚酯树脂是复合材料中用量最大的基体树脂8.2.2环氧树脂缩水甘油醚型环氧树脂另一种引入环氧基的方法是用过醋酸或过氧化氢对带双键的化合物进行环氧化：环氧树脂的固化脂肪族多元胺固化原理常用的脂肪胺固化剂8.2.3酚醛树脂反应原理：第一步甲醛与苯酚加成生成羟甲基苯酚第二步羟甲基与苯酚邻对位氢脱水缩合碱催化下第二步羟甲基缩合反应较慢，羟甲基可稳定存在，因此在以后加热时，羟甲基可继续反应，固化成网络结构。
酸催化下，羟甲基的缩合反应迅速，生成的羟甲基立即缩合，但因苯酚过量，甲醛消耗完反应终止。以后再加入甲醛或固化剂，反应继续，固化成网络结构。
酚醛树脂固化反应有小分子放出，所以固化在加热、加压下进行。三种树脂基体的比较8.3增强材料8.3增强材料8.4复合材料的界面图8-1纤维增强塑料复合前后的结构示意图图8-2复合材料破坏过程中的能量吸收图8-3复合材料界面模型8.5玻璃纤维增强塑料界面玻璃纤维结构示意图●“冻结的液体”：各向同性，无固定熔点，近程有序，远程无序；
●光滑的圆柱体，直径3～10μ；密度2.4~2.7g/cm3；
●拉伸强度高，1500～4000MPa，直径越细，强度越高。
●模量7×104MPa，只有钢铁的1/3.断裂延伸率在3%左右。玻璃纤维的化学性能玻纤不耐碱，在碱作用下玻纤骨架破坏8.5.2偶联剂8.5.2.1有机硅烷偶联剂硅烷偶联剂作用机理（3）硅羟基之间脱水形成-Si-O-Si-键。玻璃纤维表面的有机硅单分子层示意图可水解基团X的性质几种常用的硅烷偶联剂A1100（KH550）γ－胺丙基三乙氧基硅烷8.5.3用硅烷偶联剂进行表面处理的方法
浸润剂：在玻璃纤维的拉制过程中，把在单根纤维表面涂覆的一种由粘结组分、润滑组分和表面活性剂组分等配置而成的乳液称为浸润剂。
浸润剂的作用:
（1）使单丝集束，便于后续的并股、纺织等工序；
（2）防止原纱缠绕成卷时，纤维相互粘结；
（3）保护纤维，防止纤维纺织时，由于表面磨损而降低强度。
浸润剂种类：

（1）纺织型浸润剂：主要用于玻璃纤维纺织加工制品。
对于纤维增强复合材料中，石蜡型乳液，必须除去。
（2）增强型浸润剂：专门为生产增强用玻璃纤维而发展的浸润剂，主要是为了改善树脂对纤维的浸润性，提高树脂与纤维的粘结力。成分中，主要是添加了聚合物组分，如聚酯、环氧、聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯等。
（3）化学处理剂：以偶联剂为主的浸润剂，即玻璃纤维的前处理法。聚酯玻璃钢的水煮强度8.5.2.2有机鉻偶联剂作用机理8.5.2.3钛酸酯类偶联剂单烷氧基钛酸酯与填料表面反应机理异丙基三（二辛基焦磷酸酯）钛酸酯（TTOPP－38）反应机理（2）螯合型钛酸酯（3）配位型(RO)4Ti(-X-R’)2钛酸酯偶联剂的六种功能②官能团-Ti-O-：与含酯基聚合物发生酯交换反应（3）功能团－O－X－（4）官能团－R2－（5）功能团－Y－官能基－Y－的效果作业