《复合材料教学课件》5聚合物基复合材料.ppt

五、PMC的界面 1、PMC的界面特点： 1）大多数界面为物理粘结，结合强度较低，结合力主要来自如色散力、偶极力、氢键等物理粘结力。偶联剂与纤维的结合（化学反应或氢键）也不稳定，可能被环境（水、化学介质等）破坏。 2）PMC的界面一般在较低温度下使用，其界面可保持相对稳定。 3）PMC中增强剂本身一般不与基体材料反应。 第九十四页，编辑于星期一：十三点 十六分。 2、PMC的界面表征： PMC的界面结构主要包括增强剂表面、与基体的结合（反应）层或偶联剂参与的反应层以及接近反应层的基体拟制层。界面表征的目的是了解增强剂表面的组成、结构及物理、化学性质，基体与增强剂表面的作用，偶联剂与增强剂及基体作用，界面层性质，界面结合强度以及残余应力的大小及作用等。使用电子显微镜（SEM、TEM ）、红外光谱、拉曼（Raman）光谱、二次离子质谱等进行界面层的化学结构表征。 第九十五页，编辑于星期一：十三点 十六分。 3、界面作用机理 1）界面浸润理论： Z2 = K? cos?t? / ? 树脂流入量 Z 与液体表面张力 ? 、接触角 ? 、时间 t 和孔径?成正比，与粘度? 成反比。 2）化学键理论：如在界面上形成共价键结合，在理论上可获得最强的界面结合（210 – 220J/mol）这对在偶联剂的选择方面有一定指导意义。 3）物理吸附理论：界面结合是属于机械铰合和基于次价键作用的物理吸附。 4）变形理论：纤维经处理后，在界面上形成一层塑性层，松弛和减缓界面处的应力集中。 第九十六页，编辑于星期一：十三点 十六分。 5）拘束层理论：界面区的模量介于基体和纤维之间时可最均匀地传递应力。 6）扩散层理论：偶联剂形成的界面是能与树脂相互扩散的聚合物硅氧烷层或其它的偶联剂层。 7）减弱界面局部应力作用理论：基体与纤维之间的处理剂提供了一种具有“自愈合能力”的化学键，在载荷作用下处于不断形成与断裂的动态平衡。同时应力得以松弛，减缓了界面处的应力集中。 第九十七页，编辑于星期一：十三点 十六分。 4、PMC界面设计 基本原则：改善浸润性、提高界面结合强度。 1）使用偶联剂 偶联剂是一种化合物，其分子两端含有不同的基团，一端可与增强剂发生化学或物理作用，另一端则能与基体材料发生化学或物理作用，从而使增强剂与基体靠偶联剂的偶联紧密地结合在一起。 第九十八页，编辑于星期一：十三点 十六分。 图8-12 有机硅偶联剂对玻璃纤维的作用机制 第九十九页，编辑于星期一：十三点 十六分。 　　混编法中，首先按一定比例将热塑性聚合物纤维与增强材料混编织成带状、空芯状等几何形状的织物； 　　然后，利用具有一定几何形状的织物通过热模时基体纤维熔化并浸渍增强材料，冷却定型后成为产品。 第六十二页，编辑于星期一：十三点 十六分。 拉挤成型的优点 　　①生产效率高，易于实现自动化； 　 ②制品中增强材料的含量一般为40％--80％，能够充分发挥增强材料的作用，制品性能稳定可靠； 第六十三页，编辑于星期一：十三点 十六分。 　　③不需要或仅需要进行少量加工，生产过程中树脂损耗少； 　　④制品的纵向和横向强度可任意调整，以适应不同制品的使用要求，其长度可根据需要定长切割。 第六十四页，编辑于星期一：十三点 十六分。 拉挤制品的主要应用领域 　　(1)耐腐蚀领域。主要用于上、下水装置，工业废水处理设备、化工挡板及化工、石油、造纸和冶金等工厂内的栏杆、楼梯、平台扶手等。 　　(2)电工领域。主要用于高压电缆保护管、电缆架、绝缘梯、绝缘杆、灯柱、变压器和电机的零部件等。 第六十五页，编辑于星期一：十三点 十六分。 　　(3)建筑领域。主要用于门窗结构用型材、桁架、桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。 　　(4)运输领域。主要用于卡车构架、冷藏车箱、汽车笼板、刹车片、行李架、保险杆、船舶甲板、电气火车轨道护板等。 第六十六页，编辑于星期一：十三点 十六分。 　　(5)运动娱乐领域。主要用于钓鱼杆、弓箭杆、滑雪板、撑杆跳杆、曲辊球辊、活动游泳池底板等。 　　(6)能源开发领域。主要用于太阳能收集器、支架和抽油杆等。 　　(7)航空航天领域。如宇宙飞船天线绝缘管，飞船用电机零部件等。 第六十七页，编辑于星期一：十三点 十六分。 　　目前，随着科学和技术的不断发展，正向着提高生产速度、热塑性和热固性树脂同时使用的复合结构材料和方向发展。 　　生产大型制品，改进产品外观质量和提高产品的横向强度都将是拉挤成型工艺今后的发展方向。 第六十八页，编辑于星期一：十三点 十六分。 7. 注射成型工艺 　　注射成型是树脂基复合材料生产中