复合材料-第四章复合材料界面

相互溶解
类型Ⅲ
纤维与基体互相反应形 成界面反应层
钨丝/ 铜 Al2O3纤维 / 铜 Al2O3纤维 / 银 硼纤维（表面涂BN）/ 铝 不锈钢丝/ 铝 SiC纤维（CVD）/ 铝
硼纤维 / 铝 硼纤维 / 镁
镀铬的钨丝/ 铜 碳纤维 / 镍 钨丝/ 镍
合金共晶体丝/ 同一合金
钨丝/铜-钛合金
碳纤维/ 铝（＞580℃）
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机械结合的效果: 最突出的例 子是硼纤维增强铝复合材料 (Bf/A1)。采用化学气相沉积 (CVD)方法生产的硼纤维，表 面是玉米棒状，与金属铝进行 固态扩散复合时，由于温度升 高使铝变软，经外力压实铝填 充硼纤维的粗糙表面，形成与 硼纤维的机械结合。
复合材料-第四章复合材料界面
复合材料-第四章复合材料界面
界面相的化学组成和物理性能与增强相和基体均 不同，在复合材料承受载荷时，由于界面相所处的 特殊力学和热学等特殊环境，对复合材料的整体性 能产生重大影响，因而通过认识、控制界面相来改 善复合材料性能的研究越来越引起人们的重视。
研究复合材料界面的组成、结构、控制、性能和 改进界面相的工作被称为“界面工程”。
金属基复合材料由于基体与增强物复合的温度较 高，基体与增强物易发生相互作用而生成化合物， 而基体与增强物互相扩散而形成扩散层，增强物的 表面预处理涂层，使界面的形状、尺寸、成分、结 构等变得非常复杂。
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1.界面类型
类型Ⅰ
类型Ⅱ
纤维与基体互不反应亦 纤维与基体不反应但
不溶解
主要论点：涂覆在增强相表面的偶联剂应既含有能与增 强相起化学作用的官能团，又含有能与树脂基体起化学作 用的官能团。由此在界面上形成共价键结合，如能满足这 一要求则在理论上可获得最强的界面粘结能。
偶联剂是一种高分子化合物，这种化合物一般都含有两
部分性质不同的基团。一种官能团能很好地与增强纤维表
面结合；另一种官能团能很好地与合成树脂结合（产生共
Al2O3纤维/ 钛 硼纤维/ 钛
硼纤维/ 钛-铝 SiC纤维/ 钛 SiO2纤维/ 铝
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金属基纤维复合材料的几种界面结合形式：
不同的界面结合形式形成不同的界面类型：
（1）机械结合（物理结合）……产生类型Ⅰ界面 定义：基体与增强体之间仅仅依靠纯粹的粗糙表 面相互嵌入（互锁）作用，以及借助基体收缩应力 包紧纤维时产生的摩擦而进行的连接，称为机械结 合。
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2.界面作用机理
界面作用机理是指界面发挥作用的微观机理，有 如下理论：
A.界面浸润理论
主要论点：增强材料被液体树脂良好浸润对提
高复合材料的性能是极其重要的。浸润不良会在
界面上产生空隙，易因应力集中而使复合材料发
生开裂；如果完全浸润，则基体与增强相间的粘
结强度将大于基体的内聚强度，将提高复合材料
（2）溶解和浸润结合……产生类型Ⅱ界面 定义:在复合材料制造的过程中基体与增强体之间 首先发生浸润，然后相互溶解，所形成的结合方式 称为溶解与浸润结合。浸润作用通常是主要的，而 溶解是次要的，因为一般在高温下原子的扩散时间 很短。
溶解与浸润结合的要求：为了达到润湿，纤维表面应当作 适当处理，首先应除去污染物、吸附的气体和工艺涂层 (如纺织型浸润剂)，其次通过表面处理形成表面润湿层、 阻挡层，或使增强材料形成利于机械结合的粗糙表面。
聚）。通过表面处理剂把性能截然不同的物质联合起得，
形成一个统一的整体，因此，把表面处理剂叫“架桥剂”，
也叫“偶联剂”。
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C.物理吸附理论（机械作用理论）
这种理论认为，增强纤维与树脂基体之间的结合是属 于机械铰合和基于次价键作用的物理吸附。
D.变形层理论 E.拘束层理论 F.扩散层理论 G.减弱界面局部应力作用理论
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②设计界面层在一定的应力条件 能够脱粘，以使增强纤维从基体 拔出并发生摩擦，这样就可借助 脱粘增大表面能，利用拔出功和 摩擦功等形式来吸收外加载荷能 量以达到提高其抗破坏能力。
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③若界面层的模量高于增强材料和基体的 模量，将会产生不良的效果，因此应避免 基体与增强相发生生成脆性界面层的化学 反应。
第四章 复合材料的界面
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4.1 概 述
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。
复合材料的界面产生于复合材料的制造过程，当 由不同化学成分的增强体和基体组成复合材料时， 这些组元通过接触，它们中的某些元素在相互扩散、 溶解后往往发生化学反应而生成新的相，成为界面 相。
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复合材料中的界面并ຫໍສະໝຸດ Baidu是一个单纯的几何面，而 是一个多层结构的过渡区域，这一区域由五个亚层 组成。
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界面是复合材料的特征，可将界面的机能归为以 下几种效应。……P61
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复合材料界面设计的原则(总的原则)
①界面粘结强度要保证所受的力由基 体通过界面传递给增强物，但界面粘 结强度过高或过弱都会降低复合材料 的强度。
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3.聚合物基复合材料界面设计
在聚合物基复合材料的设计中，①首先应考虑如 何改善增强材料与基体间的浸润性；②选择合适的 偶联剂。所选处理增强材料表面的偶联剂既含有能 与增强材料起化学作用的官能团，又含有与聚合物 基体起化学作用的官能团。
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4.2.2 金属基复合材料的界面
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4.2 复合材料的界面
4.2.1 聚合物基复合材料的界面 1.界面的形成
聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个 阶段：
①基体与增强纤维的接触与浸润过程；
增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合 物在结构上与聚合物基体是不同的。
②聚合物的固化阶段。聚合物通过物理的或化学 的变化而固化，形成固定的界面层。
的强度。
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浸润性的定义 浸润性是用于描述液体在固体
表面上自动铺展程度的术语。或说是固体、液体在 分子水平上紧密接触的可能程度。
浸润性好将促进结合。 浸润角低（θ＜90°）表明浸润性良好；浸润 角高（θ＞90°）则表明浸润性差。
浸润性的测量 ：
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B.化学键理论