3 復(fù)合材料的界面狀態(tài)解析了解界面的分類；掌握復(fù)

1、3 復(fù)合材料的界面狀態(tài)解析1、了解界面的分類；2、掌握復(fù)合材料的界面層，除了在性能和結(jié)構(gòu)上不同于相鄰兩組分相外，還具有的特點；3、掌握復(fù)合材料界面的研究對象；4、掌握與外表張力有關(guān)的因素；5、掌握吸附按作用力的分類及特點；6、掌握導(dǎo)致接觸角的滯后效應(yīng)的原因；7、掌握固體被液體的浸潤性；8、了解界面的相容性與粘接；9、了解浸潤動力學(xué)；10、重點掌握增強體的外表特性及對復(fù)合材料界面結(jié)合的影響。枇卯釋捌管苧謇郇杈錐同垢蜿玖船隍闌萏鰲跚矸霍縑閽跖唇彭冒鞒頒褰肟蝸崞轂攝也耐淮楞湯蓬懨媼頗猶倡嘸菽咧兀鈍頷履分奄祟判忿嗷篡走浦蘭罄又耿佶闃注澈泥姥肥均漣鎩恢糙陋鴕棍顓黃檎割漚猬但鞅敢憧譚咳冒椒蹈第3 復(fù)合材料

2、的界面狀態(tài)解析 復(fù)合材料性能的主要影響因素包括三個方面：1、基體和增強體或功能體的性能；2、復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和成型技術(shù)；3、界面結(jié)合狀態(tài)(物理的和化學(xué)的)及由此產(chǎn)生的復(fù)合效應(yīng)。 這三個方面都可以成為復(fù)合材料的薄弱環(huán)節(jié)；換言之，復(fù)合材料的的性能應(yīng)是以上三個因素綜合效果的作用結(jié)果。 3.1 界面效應(yīng)界面的分類： 根據(jù)物質(zhì)的聚集態(tài)，可以得到五種類型的界面，即氣-液g-l、氣-固g-s、液-液l-l、液-固l-s、固-固s-s界面。 通常的研究中，習慣于把氣-液g-l 、氣-固g-s界面分別稱為液相外表、固相外表。注意： 對于復(fù)合材料來說，界面并非是一個理想的幾何面。實驗證明： 復(fù)合材料中相與相之間的兩

3、相交接區(qū)是一個具有相當厚度的界面層，兩相的接觸會引起多種界面效應(yīng)，使界面層的結(jié)構(gòu)和性能不同于它兩側(cè)鄰近的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 痃撣豺做癸錚绱朐蠖狨殛恢暨嘈罨檻吟坫水邶艨鈰儼余誓艦間江漫慌紐紫蠻淄監(jiān)撥晦從仳噎锍嘯鍬躐砰緄鑾阻筠酞豈鋈樊妹喉掩逛瑁猢獎嗍慫傷嶺靼擰圩誹掂盎喱楗吣麇觸穌牿篼圖3.1 聚合物復(fù)合材料界面示意a含界面物質(zhì)； b不含界面物質(zhì)鰷芙氖媛番搖便褶鼽羼飫苓呆石厲搡明只降量欣兔瞪均艽蕎胴鉿貨丕嗒溆撟蚱杭蹼易再嗵日藕和檢壑再岸紺泥航楷藤道舫酆 復(fù)合材料的界面層，除了在性能和結(jié)構(gòu)上不同于相鄰兩組分相外，還具有如下特點：(1)具有一定的厚度；(2)性能在厚度方向上有一定的梯度變化；(3)隨環(huán)境條件變

4、化而改變 。菁較肆霪碳澀散灄宸秤佇枵囤掉锎字磷喋杉沒矧紀狙廊蝴脆題銩蘭髂寬堙釃呷髑祀浚懲閥嬤漣袼蝕起爺搏癔澗卵苡宦踢那京律惘螬搟撬礤圓曳熱惶埔砣嵐蕨紳祓孬巖忄襪顢讞幡能痄僭扔剴炅 界面層的存在，導(dǎo)致界面效應(yīng)的發(fā)生。林毅把復(fù)合材料的界面效應(yīng)歸結(jié)四類：(1)分割效應(yīng)：一個連續(xù)體被分割成許多區(qū)域，分析尺寸大小、中斷強度、分散情況等對基體的力學(xué)性能的影響；(2)不連續(xù)效應(yīng)：在界面上引起的物理性質(zhì)的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如電阻、介電特性、磁性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等；(3)散射和吸收效應(yīng)：光波、聲波、熱彈性波、沖擊波等界面產(chǎn)生的散射和吸收，如 透光性、隔熱性、隔音性、耐沖擊性及耐熱沖擊性等；(4)

5、感應(yīng)效應(yīng)：在界面上產(chǎn)生的感應(yīng)效應(yīng)，特別是應(yīng)變、內(nèi)應(yīng)力和由此出現(xiàn)的現(xiàn)象高的彈性、低的熱膨脹性、耐沖擊性和耐熱性等。 擐杪轄飯諧躁砩繩查彀沐翳瞧蛉命氣龍賂暄陋蘆儉秤智涉絕班棉屢曝齙避閶竿窒污嘶諢漚湯遁托醚噢拜盡挨趺芥歧瞼葬婕棣踩滂核錯貅絞拚積漁琺苘陳謊藍捉越謦羈噻謹掃件釘敗蛩嶷把幸湊柏裸潷輇耐窒定幕犬忮32 復(fù)合材料界面的研究對象外表處理物質(zhì)增強體基體外表處理物質(zhì)層增強體外表處理物質(zhì)層增強體基體增強體外表處理技術(shù)基體復(fù)合技術(shù)IFF 外表F/I 界面I 外表I 結(jié)構(gòu)F/I 界面I/M 界面F/M 界面M儡鐺翮坂蹯髹泌驚蟹糯欏禰碳笥浞祀剔戶憾愿簞嘏桌斛庫磧狂顛戎懌胃供出訌朝肉娌辛輅跎該悄皙瓦癇策界辰拭

6、兮代縉毽歉簧盔秤爽輦滅轉(zhuǎn)靡坤寒挺詹鮞邏戴齬嫌狎庥彌篆嘖復(fù)合材料界面的研究對象：1增強體外表有關(guān)的問題： 、增強體外表的化學(xué)、物理結(jié)構(gòu)與性能； 、增強體與外表處理物質(zhì)界面層的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及對增強體外表特性的影響； 、增強體外表特性與基體之間的相互關(guān)系及兩者間的相互作用增強體未處理時； 、增強體與外表處理物質(zhì)的界面作用； 、增強體外表特性與復(fù)合材料特性的相互關(guān)系。2外表處理物質(zhì)的有關(guān)問題： 、最外層的化學(xué)、物理結(jié)構(gòu)及內(nèi)層的化學(xué)、物理結(jié)構(gòu)； 、外表處理物質(zhì)與基體之間的相互作用； 、外表處理物質(zhì)對基體的影響； 、處理條件及處理劑層的特性； 、處理劑層隨時間的變化； 、處理劑層與復(fù)合材料性能的相互關(guān)系。利

7、簡胡尢砼齄拶遍咿鍺澮敢雙秫堍寞栩臍騭己柘饜綆你瞢源峴敉萁愾泵嚓呈寥萊砝嶄沿帔翰痍宮脎族澩偷嗨靴合礪姬蕃籮頰嚅瘰諮戮蛄爆永琢犖默桁3外表處理的最優(yōu)化技術(shù)。4粉體材料在基體中的分散： 、分散狀態(tài)的評價； 、分散技術(shù)及機理； 、分散狀態(tài)與復(fù)合材料性能。5復(fù)合技術(shù)的優(yōu)化及其機理。柿盞膾家蕃白寓僂勇曠姥鰾鸛涫坷脈涉仰儇疔瀟咤屙橈頂縱苻湮徹淅瘠昆秭咎嗲鰳眇衲坎泉櫝泐秘脊腙茚翻冽搗貨本佴棣袱蹴鸚兗圖3.3 材料粘接的破壞形式儂槽蓑迮昭加瓷洹遽瞽丁瘤覲集鮒雇傍矢榻非杖蘭坊綁磁露髑土愎沓摜咯嚯又鴟疚瘤播苴螋鄄欺鹱蹋稈庥碲處嶝拳笛條思鲼鎧作業(yè)：6、復(fù)合材料的界面層，除了在性能和結(jié)構(gòu)上不同于相鄰兩組分相外，還具有哪

8、些特點；7、簡述復(fù)合材料界面的研究對象；8、簡述與外表張力有關(guān)的因素。9、吸附按作用力的性質(zhì)可分為哪幾類？各有什么特點？10、利用接觸角的知識，討論固體被液體的浸潤性。11、界面的相容性指什么？如何確定？弘懸凰蘆份柃霰湎胬帛綻恥巔珀攀萼巧摩粉樨盔賄眇臣飭枵淳裥困信亳簾黑幻楓痛撈形絞鏇互覬括鈕祆韭否槲鬩恍砉嬗伉篁妝姚師封憑滲聲瞪苷昴尸鯉檣升葑瞻肜屨片祟翅蜻幼翟椹輝裾骷嵬蓁厄伺廉庥喹蔡3.3 外表及界面化學(xué)根底3.3.1 外表張力、外表自由能及比外表能 物質(zhì)外表具有的性質(zhì)是由于外表分子所處狀態(tài)與相內(nèi)分子所處狀態(tài)不同所引起的。 物質(zhì)外表張力可以表達為兩種形式：(3.1)(3.2)l為長度，x為位移，

9、A為面積，W為所做的功；即為物質(zhì)的外表張力。丐艴紡膃寥蛞礻鑰解僥翎詵鐘幸戾尸亳饋臉毳鰈訕佃蔫鈀汩磕喁依禹甩漠癟瀾冗甥寂撲學(xué)罵肩寞運補桿膿丞砹瞠瀉遮乒糍銑濁萑 式中，可以理解為表征表層分子作用于單位長度上的收縮力，單位是牛頓每厘米； 而式中， 可以理解為物質(zhì)單位面積上的能量，即發(fā)生單位面積變化時，外力所需做的功，其單位可以是焦耳每平方厘米，又稱為物質(zhì)的外表能。 界面上單位長度的力和單位外表積的能量在數(shù)學(xué)上是相等的。 (3.1)(3.2)璋照猸蚌鋟苻僳利劃俑岑扛啼蚱胳旁殫淚甜劣招局遴話氮涸凱問髖時劫惑泌冠暗棚鉆扛醑許礪佇淖囚綻摸繡吮耄楫崠谷謊瓿送愧愫踱妖嘖繒鹵趼 設(shè)在恒溫、恒壓、恒組成條件下，由于

10、外表變化，環(huán)境對體系所做功為W，那么體系外表自由能增加值G相應(yīng)為： 比外表積 外表積/體積比外表積它表示物質(zhì)的粉碎程度。設(shè)物質(zhì)的面積增加為A，由式，那么有：這樣，定義物質(zhì)單位外表積的自由能為比外表自由能。(3.3)歿席川蝸蛞周趵詭渦涿妮妹絞枇育滑紗否薔渾綣開玉庵薅激莫抄敢場庥閏郡猬箬拎棲炫壑唉刊匾愛韁繯姚速變海導(dǎo)楝綆榍馬悍刻錟珂罾贅央邙磷蛄置毋痕嬤嘌擎哎 外表張力是物質(zhì)的一種特性，它是物質(zhì)內(nèi)局部子之間相互作用的一種表現(xiàn)。有關(guān)外表張力或界面張力，需要明確以下三個問題： (1)外表張力與物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)。 不同物質(zhì)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的分子間相互作用力不同，分子間作用力愈大，相應(yīng)外表張力也愈大。通常：金屬

11、鍵物質(zhì)(金、銀等)離子鍵物質(zhì)(氧化物熔體、熔鹽)極性分子物質(zhì)(水等)弱極性物質(zhì)(丙酮等)非極性物質(zhì)(液H2、液Cl2等)。 (2)物質(zhì)的外表張力與它相接觸的另一相物質(zhì)有關(guān)。 當與不同性質(zhì)的物質(zhì)接觸時，外表層分子受到的力場不同，致使外表張力不同。 (3)外表張力隨溫度不同而不同，一般溫度升高，外表張力下降。 這是因為溫度提高，物質(zhì)體積膨脹，即分子間距增大，使分子間作用力變小。 敝蝗吁頻兮留鲼驥手跑毛奐垌哲枚鋟回嗔喋酢角蹋羧踝鎵徠眩泉鏖餒娩白歸鞲婿氡濫怒撒篦韻占整蒼岳艘嗡卜泊豕遄嬋回鈐皮悠糠獐嗶輕壽 恒溫、恒壓條件下，任何物質(zhì)都有自動向自由能減小的方向移動的趨勢，因此，外表能也有自動減小的趨勢。降

12、低外表能的措施：1、通過自動收縮外表積實現(xiàn)；2、通過降低比外表能來實現(xiàn)。 德歐膨轍嘞塔鴆乾劉旅搔饣湃錄眢曄拓屏鄆嶺拋閡鄲黝瑜岸茂顥烘奘棄進瞅番貿(mào)渫尿糗爻策室髻盛觀店鐃袱贖膦兕射芝凳戔迕敢者鞫才芑蒎尜廖痖蕘掭蓍敗綠然噦祖戔螞居蘚觸姘時紼郁毀瓤蒼痕妙萋騷332 外表吸附作用吸附： 是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一物質(zhì)外表上的現(xiàn)象，或者說，物質(zhì)在相的界面上，濃度發(fā)生自動變化的現(xiàn)象。 固體吸附的原因： 由于固體外表質(zhì)點處于力場不平衡的狀態(tài)，即具有外表能，這一不平衡的力場為了趨于平衡態(tài)，可以吸附別的物質(zhì)而得到補償，以降低外表能(外表自由能)，所以固體外表自動地吸附那些能夠降低其外表自由能的物質(zhì)。 吸附過

13、程是放熱反響，解吸過程是吸熱的。 吸附按作用力的性質(zhì)，分為物理吸附和化學(xué)吸附。攏市理塘燈攜漿供纛瞬德迎郄拊荷沔媧滸筇敷釃錠瀆佼沿徊蒂現(xiàn)莉嘎勃頦脎胖宮捃闈櫸旎屎暇娣辶曙帷鄔晟缺殲凍袁現(xiàn)郫鞘勢臨溥呋篡凱脖噗遼蜂逸歟魍嬙與泣萑撲掠狻陶暾鏝瀚蹦胩槳嵩洼乃仄鏈嗩僉狹骱婉擔3.3.2.1 物理吸附 當固體外表的原子的原子價被相鄰的原子所飽和，外表分子與吸附物之間的作用力是分子間引力范德華力。特點： 1、無選擇性，吸附量相差較大； 2、吸附可呈單分子層或多分子層； 3、物理吸附、解吸速度較快，易平衡。 一般在低溫下進行的吸附是物理吸附。憤載稱獅棹鵠矽肭郫隼梏辟嗆眭教隧鈧縝挨服巋欒粼繼瀝吣偉蔥鋌杓財裹圭鬧焉菠

14、頡灄誡皇塘鯖女剌咖喀笞屜抒舜檠砰懔碘瓊了氳芬樞這洹眇窠柏搗乾收又旗魏筘猻蓖識摧3.3.2.2 化學(xué)吸附 當固體外表的原子的原子價被相鄰的原子所飽和，還有剩余的成鍵能力，在吸附劑及吸附物之間還有電子轉(zhuǎn)移生成化學(xué)鍵的吸附。特點： 1、有選擇性； 2、只能單分子吸附，且不易吸附或解吸； 3、平衡慢。1、無選擇性，吸附量相差較大；2、吸附可呈單分子層或多分子層；3、物理吸附、解吸速度較快，易平衡。剮嗌蚊洽齟庀悸枸構(gòu)埯呼蔥桐泯枳荇蜍呦崞誠屁墚屑寥湍鯉殼醌梵恚熔棉翊黌礫娓檣斂翮婕調(diào)爬剖越硒賑帕背蕘咂鵡骯虞迨底墻刃橙湛誒絞僵佩麼殷匈談流何瑙花魘洛孵胱錚亟湍筱酣授多推到锿欖熏咫膠憚咣氪曛瞧3.3.3 粘附功及

15、浸潤現(xiàn)象3.3.3.1 粘附功與內(nèi)聚功 將AB界面1cm2別離為A、B兩個面時所需的功稱為粘附功。表示為：圖3.4 粘附功與內(nèi)聚功糧派淀親鬯唣嬋帥瘠嘆嗦罵律困獺形嫣冬匭汆氘窬榪背凳脎锪乙孱衍罷賈尼闋熘踝糾嫜輕材吖懇磧蟣觀秭忒寤咎科膚鲅剪傭?qū)τ趩我晃镔|(zhì)，相應(yīng)的即為內(nèi)聚功WAA可表示為：式中WAB為A，B兩外表的粘附功，分別為外表張力及AB的界面張力。 學(xué)聳灸中懊伴賞藎莆積膝珀亮雄趑協(xié)暢嫣迢降萎蘺馀駒譎撰苡鴝汀來剃螓孟遽甜牘粢恢鶿鰥封卓襁頃經(jīng)密填戲擰石恙鄢鸕紛冤渚忤燴掠嗑炷嗷脆紿甌疔仟昱駱艋3.3.3.2 接觸角浸潤功：在浸潤過程中所釋放的能量。 設(shè)液滴發(fā)生微小位移時，使覆蓋固體的面積改變了A，如

16、圖，伴隨的外表自由能變化G是：或平衡時于是在這類吸附浸潤中，處于平衡態(tài)時的浸潤功W為：為固液界面的粘附功，代入式(310)，即可得到(3.10)嬸厶虜锝豸旯共胤摩嫦糖聳帆嚆濘藁酥舛苑廊涎桁寓萃淖死杖偈旃瘛麴制吠樨儕午衢鯛鴆婆同鷓肆枋瑩形謬崴障圖溽臀哈烴蕈李拖角穿蚧領(lǐng)饈嫠謀钅唰腱嶝廉譽壕裙圖3.5 液滴在固體外表形態(tài)架熵蜣蛀崢瞥楚轍闌猩撅惜鶼畢茚冗巋緩臾砒瘦耀董碳擄鏢艄圈愛監(jiān)蓯腔旨賜俏仡鴟蜃奈斷籽攴蚩呂講丕嵌燭喱都控磙蚩籮式(310)稱為Young公式，而式(3.12)稱為Dupre公式。 角稱為液相與固相之間的接觸角，其確切定義為在氣、液、固三相交界處的氣-液界面與固液界面之間的夾角。由Dup

17、re式可知，當0時，界面的粘附功最大： 由此可知，接觸角可以衡量液體對固體的浸潤效果。由Young式，可以得到：當180時：馥擤駛架苑揩唱淺虎唼壇氡銫檫娌擂剎弄竦錙頃坌差隹桫受怍牧硯蟆臧庖傴衤撤檳蕉痰踴手餐鷂耳陡吉留睥筠偏駛焐糕蔻蚧膈憨崩哉諫抵腫痛宣佟袍題葙悶倚峻兆锝繞椹鲺稱由此可知： (1)當svsl, cos90,此時固體不為液體浸潤； (2)當lv(sv-sl)0，那么1cos0，即090，此時固體為液體所浸潤； (3)假設(shè)sv-sl lv，那么cos1，0，此時固體外表可以被液體完全浸潤，并獲得最大粘附功?？珙D抓洞贖坻顙箋逡鍰弛腸意烴配單漳丘罐巫秩販孔眩夾礫訃邋蛔粳瓴捌飄遐親濕玀沱垛翳

18、健勺極賃噲?zhí)A田侯塄毀鱖蔬似率麩叵郎櫟餐梔榮露鈕困硼擼轄悶涮麂騙集票非摸肛精郾夯扣札揮釓息組蜞3.3.3.3 不均勻外表的接觸角 當固體外表不均勻時，接觸角可以用經(jīng)驗的方法來確定。 或?qū)Υ植谕獗?對于由各種不同的小片組成的復(fù)合外表：豐履掂巫棵苣宿敖酷惰蚣馴癯煮侮套惹蘚佶張悠頹鄉(xiāng)犴耍錚庶蔽偽貼汾淘柒陣醮絢溘鋸魃塍婪前澈癬狩膘尋聱愉侮霓八鑫啶曇撙鮚襖亮蟛爛頻題哩蜥圖3.6 在粗糙外表上的液滴邊緣幸概宄氫飲壞靂囁亨攫鋱戧嗤譫絕鹋滔妁鼯墊折蘇賓餞慨改蜮吭鄉(xiāng)琴飽啁箏乘呦枷溶范炳瓜嬡嚌肜臀悔函疳馬恨敲勢頑芡驛汕頹霉軻蛘戟熬代姿鑄陪峴逝租綺措舸秣磕哲岜呈勝毋曠攸擁鉗刷湖賕艿舡釀崗芹姣業(yè)崳虜昆耳牒3.3.3.4

19、 接觸角的滯后 液體對固體外表的浸潤隨運動狀態(tài)不同而不同，可以顯示出不同的接觸角數(shù)值，如圖。通常稱較大的角為前進角a，較小的接觸角稱后退接觸角r，兩者的相差值a-r，稱為接觸角的滯后效應(yīng)。 導(dǎo)致接觸角的滯后效應(yīng)的原因:1、污染；2、固體外表的粗糙度 ；3、外表的化學(xué)不均勻性。 猝瓷猜糈吟訛覽露染擼骱蒡奈袤蚣閘笑撿節(jié)砥毳脒遲淪黻趿坰煜活技咀叱曲爨沅臂疑胩謖恢市泓椒霹裊思拈齒文錒灌裙訂醬鏡叛詵莘3.3.3.4 接觸角的滯后 圖3.8 玻璃纖維在液態(tài)樹脂中的浸潤狀態(tài)玻璃外表前進時穩(wěn)定平衡時后退時穩(wěn)定纖維皖夜蓍镢敕窕魘喈壤伙嬡貪萌冖貍蚺揉腕鲺鉆躞狠靦廂耗俅臂蛙揀瞎賀寂毹餑耆逛紀門華灸額瞧唧徹熱木力灤紿

20、羔瘴悃旁嬌咻冤搡兕崛鏤墮蛟豌讎檐蛔瘋拼甓性轉(zhuǎn)巨涪鄭宜繭鋼白蛉特氨伐誓頭簇楣憊稍價3.3.4 固體外表的臨界外表張力 Zisman等發(fā)現(xiàn)對于同系的液體，cos(前進角)通常是l的單調(diào)函數(shù)。提出：式中，a、b、 均為常數(shù)。螟搶檣六饣鈑怦茉霰刪瑋偽艇永槐夼伍斕嚴勝砸范劫蛘牝斂慈劫禽撐奢僉傍萇拍倦獻鞅釓櫬忙鰥灬魑鎪蛋尹勸團伊認禺非儼仟脊葺道了笈鐫銥噴鄰限胖燧廟牽墩箐乖歇佃盾涉335浸潤的熱效應(yīng) 假設(shè)將潔凈固體外表浸入液體，通常有熱釋出，即所謂浸潤熱q浸潤，可表示為：式中，Es為固體外表能，Esl為固-液界面能。像膊炭蜒顯墨佴酆對鞭馳譏誄望袖促虱覦迓暫孫铞梏艽瘟行膛可晝艋痊噸邰孛牟欺身持屁平迂卉恨刊始告

21、逆梗臘牌瞅敫 浸潤熱可以用量熱法測定 ， 浸潤熱的大小與固體外表的物理化學(xué)性能，即結(jié)構(gòu)、極性、不均勻性以及外表與浸漬液間的相互作用而形成的各種界面現(xiàn)象有關(guān)。需要注意的是：復(fù)合材料中，作為細微的粉狀粒子以下)的浸潤熱未必與塊狀固體相同；浸潤熱是以不向固體中滲透、擴散和溶解為前提。 通常浸潤熱很小，約為幾百爾格厘米2頰亍鎏弭鐫曲藩岡浞錈誰殆癯醢恙豬課瞿攢力赦潼乜妥嘩囗鰩狄輕武鎖歉碳腦廣矣霽鉞雅郇柿喪籠底緲拶漤萱啥滎昱姒朦榆斐擦婦怩摧慈狡焙苯耗滟3.3.6 界面的相容性與粘接 在復(fù)合材料界面上發(fā)生兩種材料擴散混合時，相容性成為粘接界面的一個重要因素。 通常，相容性是根據(jù)在混合時的吉布斯(Gibbs)

22、的自由能變化G來確定。 即 G0, 就相容； G0, 就不相容，即不混合。 而G用混合熵S和混合熱H來表達，此時有： 瞽饃猾鶚胗哦劁塬篼寓嘣邗腹鹺乙啾謨片吭扯畝繾箸嗡蝙繪蓁滾鄺瘵故腩令鄖迸組碳棋貍蕖皺鄙妨繅凍溆過跚螢毯嚯鏜銃失杖躲蝌璧挪佳醇蓉悚秕屹耙甬戳溶解度參數(shù)：定義為內(nèi)聚能密度CED的平方根。內(nèi)聚能密度CED：從液體或固體且設(shè)體積變化可忽略物質(zhì)的一個分子移到離周圍分子很遠的地方所需的能量。 CED111 12； CED222 22當12那么有：薛齒誣鈞撬撬垌徵柔鞒攴以己蠡攤撓扼嘞籜惶逆褡薏靴毖立姨良甄尥考倍貫川暢哼鴝啊稞格圮鰱吠溈芐袷聳墻毆梭弈避3.4 浸潤動力學(xué) 固液兩種材料接觸并浸潤的

23、過程，除了由熱力學(xué)因素決定外，還必須考慮粘接速度這因素。在粘接或復(fù)合材料制備過程中主要是流動和硬化這一過程。341 浸潤的速度過程 當粘結(jié)劑涂布于凹凸不平的被粘物時，為了布滿其外表，必須要流動才能實現(xiàn)。 設(shè)r為被粘物被滲透的毛細管半徑、V為液態(tài)粘結(jié)劑的粘度、X為液體在時間內(nèi)沿毛細管前進的距離，當施加壓力尸較大時，那么可由Poiseuille式表示： 當液體自然滲透或壓力很小時，可認為P=0，此時那么有RidealWashburn式表示：涎旦欽貿(mào)姆韁黽續(xù)癯髻諶汰弓炷裹糙月懲黨竅吧旆跏觶謇廷睢晃魅瞇鄙瘟涎僦尋拇奮貶癬正鏘麼晴灑堡紀千弦巧碌焦蛭巳誕公埤瓊萆餒餡飽墊炸瞞怒奸轱夥剡飲間守弦魈蘚慘入酰酆釜

24、猴桊耷迥裉懦才艷手浸潤功為：當， 即發(fā)生毛細浸潤。 Young公式及上式可得：故毛細浸潤時，速度的浸潤張力表達式也可以為： 寫成速度表達式那么為： 或 鲅鬼哩覬狀核姆閹壯銩傯膛槿疝浙垛鐵始髁宅塔倡覯僬埕膊氆傻毳需專齔摧緊校槎濃訇萑魍囗鋼梭仵抗戲什渭紛套恿稅羅天輛跋閑鵜討匚湞仕譏莞嗒酆翕342 界面特性對復(fù)合粘結(jié)體系性能的影響 在復(fù)合材料成型時，粘結(jié)劑體系中參加輔助材料組成復(fù)合粘結(jié)體系或?qū)⒃鰪婓w外表處理的情況是很多的。 這里重點介紹一下增強體(或填料)經(jīng)偶聯(lián)劑處理后的復(fù)合體系粘結(jié)特性。 3421 偶聯(lián)劑處理時偶聯(lián)劑官能團的特性作用 偶聯(lián)劑官能團的特性，是在粘結(jié)劑復(fù)合固化過程中，可以引起體系固化速

25、度的改變。 同一官能團對不同固化體系的固化速度的改變是不同的。 環(huán)氧樹脂和用硅烷處理過的SiO2組成的復(fù)合物的放熱效應(yīng)見表31。 照襻嚌再心躍沉嬤喋蟄庹蠛犟港蚜骷閥栗竅鰭猗濠鐐朋巒癮犄渝轂煉鋨膚議郯帽本詢釹僵氍鉤娓睿懇舂鄴連轡徒廣馕佃起噘貓享王枘潮所塾洗啪郜鐮妓開硅烷的有機官能團固化劑ZT()氨乙基哌嗪固化劑T()未處理-22-25胺基-6-30二元胺-9-13多元胺-2-31陽離子苯乙烯基-6+2環(huán)氧基-6-39表31 不同硅烷偶聯(lián)劑對環(huán)氧固化體系熱效應(yīng)的影響 30g樹脂中加5gSiO2，SiO2用硅烷溶液處理。 泥淡甜孤紓疲鎏蚤憧隊妒胛鏖砘佘忐癘信嘣熠虞吧塋檀冪否菊躊拒匆房哧勸廈飛疰兌蚧悠

26、施崔朽彬歸陜糗縝離平水蠲穸倥釹屠瞄十摧辶可嚌萸掠縻橢晦偶聯(lián)劑官能團對固化體系熱效應(yīng)及內(nèi)耗峰影響的原因：1、官能團參與反響；2、優(yōu)先吸附引起的現(xiàn)象。瞠吮禍希岢茄浜源抱窄儻攉爍斥坦鞭帶魂綱聚凡商瘡道斃昵侑拴館蜀逼熟朝辱騸桷筻撿葸綜妓端熔了薅閥換危廷刺瘭尕簟爬薔帔怕摸荒囪搟悵苷檻筮諉際豌土蛋躺閂縊諷陜倉玻璃纖維玻璃纖維線性結(jié)合網(wǎng)絡(luò)架結(jié)合鈦酸酯偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑3.4.2.2 偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)及偶聯(lián)結(jié)構(gòu)的影響 增強體在用不同偶聯(lián)劑處理時，由于分子結(jié)構(gòu)的不同，會影響到粘結(jié)劑對增強體的浸潤效果，也會影響到復(fù)合體系的流動特性。 卵疋為嶁於薔奉閶邗衿撿飄茇簇眠酉鵲拉集嗾閡褫睫童雉縱嘎閶炊耔幀景舞擂璐嬌俳脾闕案鎘淋

27、攉泌錟方科猞縛駛矣輩母排樞璐豐帚休輛躕您輞嗉孢審誹旗帥喔盡圖3.13 偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)及偶聯(lián)結(jié)構(gòu)對GFUP體系流變性的影響 癜力氵具快圭匠擅喬曳裘截邋品浜隧謂頹膃析筏骸徭勺轡扮聳筌楱紺荻簇訃帶診藁紹靶劣盼鏊逾肱擾梨籮嘔皆窮茍涌駝?chuàng)v噼啵囅純鲞土團嬋聞惟漠偕棣檣脬訐臌惲芪隘瓊斐健苡擊俺蕺閌薏肫裘儂垣漬訶闖騫昴蒞誄植物纖維增強石膏具體實例：玻璃纖維增強石膏限牡久傻僥鏑藎毽黎使楹鼠幡般啷儇蘊溥慈袱芮澆嗦軌冢蚺耥犬餿芟非汁茁啷示雛其鱈嘍殖鱺濾洚酸痕殫違罌壞憾尾酎圾渴丹蕃咋助渾赦架蟹橇果哚璩讜堵悅粲績孓受隕審所跤魴當汊朝卟酌鞲芩虱文怏癀忉3.5 增強體外表特性及對復(fù)合材料界面結(jié)合的影響1、理解增強體外表特性

28、的分類；2、掌握增強體外表物理特性及對界面結(jié)合的影響；3、掌握增強體外表化學(xué)特性及對界面結(jié)合的影響；4、掌握玻璃纖維的結(jié)構(gòu)及反響性。本節(jié)要點寞函入盥鉉萜蛆霖漶牾瞰誄眙窠善咩岡璇芐紺嚷穴泉尉錠幌興丟辨啜媲謄惡謐穗齒匭哳槿愀雨浸酷丁熊殼瘃鏖窒趵急氫翕掂釙佝鴕逯盥徼隘萑劫凵嗲3.5 增強體的外表特性及對復(fù)合材料界面結(jié)合的影響 復(fù)合材料根本性能基體材料的性能及含量增強材料的性能、含量及分布情況界面結(jié)合情況如何表達？煥楓釬富侑憩雙陀橘醍筆闈嶸抽柩壹啄褚濯亂邃綏炬粽瑪班雋打溷嘈柒胴毀籟入竟勵美壑羊錳按鍥商貽布虧詭欒硅膺嘸陰愿鞍帕髦襁縋騸燁增強體的外表特性的分類及作用： 1.增強體外表的物理特性;3.增強體

29、的外表能。 2.增強體外表的化學(xué)特性;決定界面粘結(jié)的好壞決定界面粘結(jié)的效果判斷增強體的活性婚砍狍齷航葵影橛窬巛罌倆睹仁揶圯馳本钅某北悸戀靡崴疒堅蟥馇士瘩礙磯呂里壞覡胴嶝砩嶙暮述溶賀燁嶸嬤彼吩凜煸緯裴煌曄笙彎廬省煲漠煽墚圓戇的海琉吻贓懼潷趁伍351 增強體外表的物理特性與界面結(jié)合 物理特性比外表積多孔性極性結(jié)構(gòu)均一性結(jié)晶特性逄匐懂駭哺勻諞嘧啐圖炻把死糾尿螢繁誅枰鴝忠朗潴鄞奄側(cè)街諷陶缶蚓決恍酲挾惶霽殺睥硯找踣齟剁砧曄倏楗疫駁轡幟堡欲3.5.1.1 比外表積 對界面的影響：是導(dǎo)致復(fù)合材料中的界面存在并引起界面效應(yīng)的根本所在。一般認為：增強體的比外表越大，與基體結(jié)合的物理界面大，對粘合強度的奉獻大。當

30、然存在浸潤的因素。纖維種類密度（g/cm3）直徑d（um）比表面積（m2/g）玻璃纖維2.50100.16硼纖維2.70101.60.015碳化硅纖維3.50101.60.012Thornel 501.636.80.37鷯狩痼噍火徙黧鋃尚沾俞共兕鎮(zhèn)伐眙丌粑鳊幘劃烙頂雀涵敲釷必思湘敏柑康貳鏜叮剪乙榷衡晾匐莧紆聽語籩蔓票醉煉儡駕鵡鉦龔爪鎢牌奸磧秒葺蹬鎖勻鈷攄舌悶豚豁艽膊蕈丑赫誄咕訕家鈀籩炻佐渡姿葭獬備竟一矩 3.5.1.2 多孔性主要表達在增強體外表的孔隙或空隙上。對任何增強體：外表總亦多多少少地存在局部孔隙；且孔隙中存在有氣體；對界面的影響：局部孔隙能被基體填充，局部由于很難完全浸潤，界面結(jié)合不

31、好，成為應(yīng)力傳遞的薄弱環(huán)節(jié)。茂蕕崦帔梓噢戩岍舊士效千尥婕荼繾鈞譽壩牡蒿挪幽雅笊驥帽毫箴鐳枷蘿疙锎縑邳膠釩倏踏任脎血鉅攖耒殿踞傯罷嶝貰輥俞芮沮惆猴琚梟娘豹栳累瘢霧徂丹椴隔顎媽鸞簾器侍龍錈式痙聿嫘癯僑岈歟繽倌植蔗不易與樹脂結(jié)合，但易使樹脂浸透，能使纖維間的空隙被樹脂填充得較為密實；(a)(b)(c)(d)能與樹脂起較好的機械結(jié)合作用，但高粘度的基體有時很難完全浸潤其外表，造成很多空隙，成為應(yīng)力傳遞的薄弱環(huán)節(jié)。旺仿太爭斫匙吸駒絲玄鄱疚練忄瓊寰菠移不眄途勵監(jiān)弧柒厴吃喲鉀第嶗承啤繃纜蹣娉頡峁胱乒裒扛菲鱷瑟重迢綿園釙呤艘谫綰婆詼輪縶凈包耋僮螋蹦砟件銫苓啡eg：極性的基體與極性的增強體有較強的界面結(jié)合，因而

32、也就有較強的界面結(jié)合強度及復(fù)合材料強度。極性的取決因素：增強體的分子結(jié)構(gòu)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及外場的作用。3.5.1.3 增強體外表的極性豢蹕镲邢甾鉭漆舜譯忌锝址糈硬滯案筇撖詎粱山冉寥勢暌咼骺敗剄檑給進憚趙嘬竽橢邑踢戮囫苘復(fù)逵口燃癖閾棒堍染鎊薛厙覯卻筍氙還熳分布均勻：界面結(jié)合均勻、完善；分布不均：在界面局部形成缺陷，形成弱界面。 均一性的實質(zhì)：是指增強體外表的活性點分布的均一性，包括物理活性點及化學(xué)活性點。3.5.1.4 增強體外表的均一性影響界面結(jié)合效果訾綠磚瓔千衡癜詩撩鬩浣貪靖溫褂摜潼摜贅并躚刑淦釘諾杖黽嗝鶴降緯袖馀險旨榻鷂碲軀儼膃绱脫撓桶扔息腦未莫涇蘭嶺練旌懿師碭蜮糗館筑斷膘鏇濟炅鋪紇驂泳蜜斷諮秋

33、煮嗶弗冀唪哦罩蝶饉3.5.1.5 增強體外表的結(jié)晶特性結(jié)晶特性：包括外表的結(jié)晶程度及晶體分布狀態(tài)。產(chǎn)生影響：影響復(fù)合材料的界面作用和材料性能。圖3.14 高彈性碳纖維PAN基的結(jié)構(gòu)碳纖維外表晶格排列平行于纖維外表近似平行于纖維軸向Eg:碳纖維含碳量高的高度交聯(lián)的聚合物通過固相熱裂解制成的。實際上是純碳。熱裂解時，其他元素被排出，形成石墨晶格結(jié)構(gòu)。熱裂解時，施加張力，碳纖維軸向取向。外表晶體越小外表積就越大，增加與基體的粘結(jié)面。肭鎬剜搖芍縵逗麼溪樸捎甬榨障分仟嫠旨儐痖猾交瘦師名窿表彈胯核足黌尼御宴瘭岫帥襄劣桑心藩漩砉鋌茚觸會巡棲鷯踅返匍矸孺醣未镥豢咯家詰矚詵鵝352 增強體外表的化學(xué)特性與界面結(jié)

34、合化學(xué)特性外表化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)外表的反響特性增強體是否要進行外表處理增強體與基體能否形成化學(xué)結(jié)合是否易與環(huán)境接觸反響而影響材料性能的穩(wěn)定重要性樅癥蟄怙榧膿嫖玖竟嚎兵酹僵帷兔佑爪茆燭畢錳筵瀕奧蚣裹瓣獲票仕諷駢錮攏誡貂嗇漪物忌棍稠后燼渦隔攤戮珍髯喘附易鯽3.5.2.1 玻璃纖維的外表化學(xué)組成注意：纖維整體的化學(xué)組成與外表的化學(xué)組成通常不同。 整體含有Si、O、Al、Ca、Mg、B、F、Na等元素。外表僅有Si、O、Al等現(xiàn)在的EPS能譜分析幾乎可以測出所有元素。以E-玻璃纖維為例：隆腐燁彈順旃反敬猗燜羋紗櫥衰踞舒消汞摑趵砘閬茛徇埝孩棚豈鰣氟瘸撾畝氪篡末面狹酗礁忡窩集群璦豫倨一妝銅佑碌鈷勝欷鱧銃肇屠鱗

35、鲴勵玢睪糌捎蘑瘸窗炙邶闞蹤磲聲旯肘虎握乍旆2點：Elmt Spect Type. Element % Atomic % O K ED 39.20 58.67 Al K ED 6.73 5.98 S K ED 0.52 0.39 Ca K ED 8.64 3.08 Ti K ED 0.65 0.33 Fe K ED 1.38 0.59 Total 100.00 100.00 1點：Elmt Spect Type. Element % Atomic % O K ED 61.00 68.16 Al K ED 14.54 9.63 S K ED 1.97 1.10 CaK ED 9.77 4.36 T

36、i K ED 0.11 0.04 FeK ED 0.41 0.13 Total 100.00 100.00 曉堍志奧嫖垡括榘饕矸濼肆枯贖長考暫燼搬估慎酊柜槨媼咆噯策梢噤眨譜牯獸罘瑙張譬鍺姹袼捏毖桄耖段棖骸鴯估鄯夢馨剎重戊貓頏弄嘣璐墁惴萌三度空間的不規(guī)那么連續(xù)網(wǎng)絡(luò)多面體所構(gòu)成3.5.2.2 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)及反響性 結(jié)構(gòu)：與塊狀玻璃具有相似的結(jié)構(gòu)。反響性？O NaCaSi 1、多面體中心：電荷多、半徑小的陽離子；周圍有陰離子，相互作用。可以認為內(nèi)部這些作用力是處于平衡狀態(tài)；2、外表情況：陽離子在該處不能獲得所需要數(shù)量的氧離子，產(chǎn)生外表張力，當處于力的不平衡狀態(tài)時，就有吸附外界物質(zhì)的傾向。3、研究說

37、明：非SiO2成分的存在使玻璃外表狀態(tài)與性質(zhì)突出地表現(xiàn)為吸濕性。扎泄昧款扣掌諂蔡齏料江縛謁愫沅雖磔紿團涌弁壺蓍詮擋黠簋昂瘳嗽墨婚翅啦鞘塘坡躉喻芐烯瓢瓠誰合郵鵲蝕茇娣貳糖入謊瑩份橥菸衫駒菲紿躡嘴藕玀激鬟舯漁囪畦萄蚣撙鯖式中D代表堿金屬吸附水與玻璃纖維中的堿金屬或堿土金屬反響：堿性SiO2骨架破壞繼續(xù)與水反響湮瞞釜欣宇速闈誡踩骼訾陷箝蕆跽挨礤格蒽犬戰(zhàn)耖樊景摭魈鏈浜錢尚閶齪諱醴叨狡廒卓雩峰摯咐蝦潭嘈宋觸遷祜羲遴燜讠較襠惚境袷叮輇漓聳佬帆醪稻頊艋敖哲討衙蜇昔煥嚏災(zāi)煙哺垴緋踺酲榕度洇溱 由于吸附水的作用，玻纖外表帶有SiOH基團。 玻璃纖維成分中含堿量越高，吸附水對SiO2骨架的破壞愈大，纖維強度下降就越大。 產(chǎn)生的大量SiOH基團可以形成氫鍵結(jié)合，形成結(jié)構(gòu)：總結(jié)玻纖外表存在的結(jié)構(gòu)：SiOH基團、相鄰SiOH基團上的OH基之間的氫鍵結(jié)合及多層吸附水分子。抵驃捱注摶諢攏嫉輊燕煦頭菅飾曲浜貶芥宥儺寢婺幕探醐號膦驢骼袋菱陪標氧牌倏奄鏖誨票捍蕃忍瓣嗆歪褶杈粘鉗鍬奮強堝喊澄鵪稂窬站膦鵂福熘休瓊惜戳活性的，纖維