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1、?復合材料的界面?復合材料界面是指復合材料的基體與增強材料之間化學成分有顯著變化的、構成彼此結合的、能起載荷等傳遞作用的微小區(qū)域。?所說的界面并非是一個沒有厚度的理想幾何面。?復合材料的界面的好壞直接影響到復合材料的綜合性能。界面效應?物理效應–引起各組分之間相互浸潤、擴散、相溶性、界面吉布斯自由能、結構網絡互穿的變化。?化學效應–導致界面上的化學反應，形成新的界面層結構。?力學效應–引起界面上的應力分布。界面的形成?對于聚合物基復合材料，其界面的形成分為兩個階段–第一階段：基體與增強纖維的接觸和浸潤–第二階段：聚合物的固化階段?此過程中聚合物通過物理或化學的變化而固化，
2、形成固定的界面層。?固化階段受第一階段影響，同時它也直接決定著所形成的界面層的結構。?復合材料的制備過程中，使材料在界面上形成能量的最低結合，通常都存在一個液體的相互浸潤–浸潤：在固體表面，液體立即鋪展開來，遮蓋固體的表面(浸潤角θ<90°)–不浸潤（浸潤不好）：在固體表面，液滴仍團聚成球狀（浸潤角θ>90°）–完全浸潤（θ=0°）–完全不浸潤（θ=180°）界面的作用機理?浸潤吸附理論?浸潤吸附理論認為，高聚物的黏結作用可分為兩給階段。?第一階段：高聚物大分子借助宏觀布朗運動從溶液或熔融體中，移動到被粘物表面；再通過微布朗運動，大分子鏈節(jié)逐漸向被粘體表面的極性基團靠近?
3、第二階段：發(fā)生吸附作用?當被粘體與黏結劑分子間距<0.5nm時，范德華力開始發(fā)生作用，從而形成偶極-偶極鍵、偶極-誘導偶極鍵、氫鍵等。?該理論在黏結要求到達后，進一步改善性能，應在于改進基體對填充劑的浸潤性，吸附理論的局限性在于：?實驗表明，剝離高聚物薄膜時所需要能量達104~108erg/cm2，這大大超過了克服分子間力所需的能量，表明界面上不僅僅有分子間作用力。?黏結功決定于黏結層剝離的速率，但分子間力的強弱不應取決于兩黏結表面的分離速率，所以黏結不是僅由分子間力決定的。?該理論是黏結劑與被粘結體的極性基團的相互作用為基礎的，因此它不能解釋為什么非極性聚合物間也會有黏
4、結力。??化學鍵理論?1949年，Bjorksten和Lyaeger提出化學鍵理論?理論的主要觀點：偶聯(lián)劑分子應至少含有兩種官能團?第一種官能團在理論上可與增強材料起化學反應?第二種官能團在理論上應能參與樹脂的固化反應，與樹脂分子鏈形成化學鍵結合?偶聯(lián)分子像“橋”一樣，將增強體材料與基體通過共價鍵牢固的連接在一起?注：該理論對許多未使用偶聯(lián)劑或雖使用了偶聯(lián)劑但理論上根本不能形成化學鍵的復合體系，是無能為力的???擴散理論?Barodkuu提出高聚物-高聚物黏結作用的擴散理論，出發(fā)點：基于高聚物的最基本特征——大分子鏈結構及柔順性?觀點：高聚物之間的黏結作用與其自黏作用一樣
5、，也是高聚物分子鏈及鏈段的相互擴散引起的，由此產生強大的黏結力?實際上是相互溶解，相互溶解能力的大小由溶解度參數決定，溶解度參數越接近，越容易互溶??電子靜電理論?Dezyagin提出靜電理論：黏結劑-被粘結體可以看成一個電容器，二者各為一極板，相互接觸而使電容器充電，形成雙電層。?雙電層可以通過一個相的極性基團在另一個相表面上定向吸附而產生，可由聚合物官能團的電子穿過相表面而形成。?局限性：不能圓滿地解釋電介質極性相近的聚合物也能牢固黏結的事實。???機械聯(lián)結理論?該理論認為黏結劑與被粘體的黏結純粹基于機械作用，液態(tài)黏結劑滲入被粘體的空隙內，在一定條件下黏結劑凝固或固化
6、而被機械地“鑲嵌”在空隙中，便產生如螺栓、釘子、鉤子那樣的機械結合力。?機械結合力主要取決于材料的幾何因素?事實上，機械理論是與其他黏結理論協(xié)同作用的的理論，沒有一個黏結系統(tǒng)是只由機械作用而形成的。??變形層理論?如果纖維與基體的熱膨脹系數相差較大，固化成型后在界面會產生殘余應力，將損傷界面和影響復合材料性能；另在載荷作用下，界面上會出現應力集中，若界面化學鍵破壞，產生微裂紋，同樣也要導致復合材料性能變差。增強纖維表面處理后，在界面上形成一層塑性層，可以松弛并減少界面應力?！冃螌永碚?在這一理論的基礎上又有經過修正的優(yōu)先吸附理論和柔性理論：認為偶聯(lián)劑會導致生成不同厚度
7、的柔性基體界面層，而柔性層厚度與偶聯(lián)劑本身在界面區(qū)的數量無關。此理論對聚合物基的石墨碳纖維復合材料較為實用。??優(yōu)先吸附理論?樹脂膠液中，各組分在玻璃纖維上是吸附能力各有不同，有先有后，纖維表面優(yōu)先吸附基體體系中的助劑。?胺類固化環(huán)氧樹脂時，纖維表面優(yōu)先吸附胺，使界面層基體內分布為一梯度，最后導致界面成結構性能也具有梯度化，利于消除應力，改善復合材料的力學性能。?對黏合現象了解仍很膚淺，尚未抓住本質，應對各理論進行綜合分析。?
