第10章复合材料的表界面(上)分析.ppt

复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。 2．根据原丝类型分类 　　(1)聚丙烯腈基纤维； 　　(2)粘胶基碳纤维； 　　(3)沥青基碳纤维； 　　(4)木质素纤维基碳纤维； 　　(5)其他有机纤维基(各种天然纤维、再生纤维、缩合多环芳香族合成纤维)碳纤维。 3．根据碳纤维功能分类 　　　　　(1)受力结构用碳纤维 　　　　　(2)耐焰碳纤维 　　　　　(3)活性碳纤维(吸附活性) 　　　　　(4)导电用碳纤维 　　　　　(5)润滑用碳纤维 　　　　　(6)耐磨用碳纤维 碳纤维的制造　 在制备碳纤维的过程中，无论采用什么原材料，都要经过原丝预氧化（拉丝、牵伸、稳定）、碳化以及石墨化等五个阶段，所产生的最终纤维，其基本成分为碳。 玻璃纤维的化学组成 　　玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等。 　 以二氧化硅为主的称为硅酸盐破璃，以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。 玻璃纤维的物理性能 　 ①外观和比重 ②表面积 ③玻璃纤维的力学性能 ④玻璃纤维的耐磨性与耐折性 ⑤玻璃纤维的热性能 ⑥玻璃纤维的电性能 ①外观和比重 　　一般天然或人造的有机纤维，其表面都有较深的皱纹； 　　而对于玻璃纤维来说，其表面呈光滑的圆柱，其横断面几乎都是完整的圆形。 　　玻璃纤维直径从1.5 ~ 25 um，大多数为4 ~ 14 um。 　玻璃纤维的密度为2.16 ~ 4.30 g／cm3。 　　此外，一般情况下，无碱玻璃纤维的比重大于有碱纤维。 ②表面积 　　由于玻璃纤维的表面积大，使得纤维表面处理的效果对性能的影响很大。 ③玻璃纤维的力学性能 1)玻璃纤维的拉伸强度 　　一般玻璃制品的拉伸强度只有40 ~ 100 MPa，而直径3 ~ 9 um的玻璃纤维拉伸强度则高达1500 ~ 4000 MPa。 1)玻璃纤维的拉伸强度 2)影响玻璃纤维强度的因素 3)玻璃纤维的弹性 几种纤维和金属材料的强度如下表所示： 几种纤维材料和金属材料的强度 2)影响玻璃纤维强度的因素 　　A、一般情况，玻璃纤维的拉伸强度随直径变细而拉伸强度增加，如下表所示： A-F 玻璃纤维拉伸强度与直径的关系 　　B、拉伸强度也与纤维的长度有关，随着长度增加拉伸强度显著下降。如下表所示： Ｃ、化学组成对强度的影响 　　纤维的强度与玻璃化学成分关系密切。 　　而改变系统(即改变它的基本组分)，强度会产生大幅度地变化。 D、纤维老化的影响 E、纤维的疲劳影响 F、成型方法和成型条件强度的影响 3)玻璃纤维的弹性 　　A、玻璃纤维的延伸率 　　玻璃纤维的延伸率比其它有机纤维的延伸率低，一般为3％左右。 B、玻璃纤维的弹性模量 　玻璃纤维的弹性模量约为7 ? 104 MPa，与铝相当，只有普通钢的三分之一，致使复合材料的刚度较低。 ④玻璃纤维的耐磨性与耐折性 　　　玻璃纤维这两个性能都很差，经过揉搓摩擦容易受伤或断裂，这是玻纤的严重缺点。 ⑤玻璃纤维的热性能 1）玻璃纤维的导热性 　 　　玻璃的导热系数为0.6 ~ 1.1千卡/米·度·时，但拉制成玻璃纤维后，其导热系数只有0.03千卡／米·度·时。 导热性 耐热性 2）破璃纤维的耐热性 　　玻璃纤维耐热性较高，软化点为550 ~ 580℃，其热膨胀系数为4.8 ? 10–6 / ℃。 ⑥玻璃纤维的电性能 　　玻璃纤维的导电性主要取决于化学组成、温度和湿度。 　　无碱纤维的电绝缘性能比有碱纤维优越得多。 　　玻璃纤维的电阻率随着温度的升高而下降。 　　虽然玻璃纤维的吸附能力较小，但空气湿度对玻璃纤维的电阻率影响很大。 　　湿度增加，电阻率下降。如下表所示： 空气湿度对玻璃布电阻率影响 玻璃纤维的化学性能 　 　　玻璃是一种非常好的耐腐蚀材料，但拉制成玻璃纤维后，其性能远不如玻璃。 　　这主要是由于玻璃纤维的比表面积大所造成的。 10.2.2 偶联剂 偶联剂 按化学组成，偶联剂主要可分为有机铬和有机硅两大类，此外还有钛酸酯等。 何为偶联剂？ (1)有机酸氯化铬络合物类偶联剂 有机酸氯化铬络合物简称铬络合物，这类络合物通常是用碱式氯化铬与羧酸反应而制得。 2Cr(OH)Cl2+RCOOH→RCOOCr2(OH)Cl4+H2O 这类铬络合物无水时的结构式为： 沃兰(Vo1an)，结构式为 ： (2)有机硅烷类偶联剂 有机硅烷是一类品种很多，效果也很显著的表面处理剂，其一般结构通式为：RnSiX4-n X基团与玻璃纤维表面的作用机理： 硅烷偶联剂处理玻璃纤维通常经历四个阶段： R为有机基团，是可与合成树脂作用形