四川大学高分子866考研复试复合材料第5章 复合材料界面改性与界面设计

碳纤维结构示意图

1一每个微晶体包含25层平面

2一基础面的碳原子；

3一表面的边缘碳原于；

4一缺陷

玻璃纤维表面偶联作用的简化模型

玻璃纤维表面的反应性主要由表面明显的碱性和Si—OH所决定。特别是Si—OH基团。具有一般活泼一OH基所具有的反应性质。

与玻璃纤维的作用机理第一种机理

第二种机理

硅烷偶联剂是偶联剂中最重要的一大类型，除了已广泛应用的几十种外，近来又开发了许多新的品种，下面介绍主要的几个品种。

①耐高温型硅烷偶联剂

(3)特殊品种硅烷偶联剂

过氧化物型硅烷偶联剂

特点：一是偶联作用的获得是通过过氧化物热裂解，而不是通过烷氧基团的水解；二是偶联作用不局限于玻璃纤维增强塑料，而是适用于一大类相似或不相似物质之间的偶联。

③阳离子型硅烷偶联剂

阳离子硅烷，除了具有一般水解型硅烷的性质外，还同时具有阳离子表面活性剂的作用，可改善无机物在树脂中的分散性。

④水溶性硅烷偶联剂

其化学名称为二聚氮什酰胺基三甲氧基硅烷。它是一种水溶性偶联剂，在分子主链上含有硅氧烷功能基团和氨基反应活性基团。

有机铬络合物无水时的结构式

结构通式沃兰

沃兰是一种有机酸铬络合物，它通常配成水、

异丙醇或丙酮的溶液，该溶液是酸性的，一般是

暗绿色，常用的是它的水溶液。

沃兰与玻纤表面的作用机理

◆本身水解

用化学气相沉积(CVD)的方法加涂碳化硅；

将碳纤维在高温下与四氯化硅—氢混合气体相接触。将碳纤维在高温下与三氯化硼—氢混合气体相接触。

碳纤维的电解处理装置

1一碳纤维，2一张紧轮，3一阳极，4一阴极，5一电解液

6一热空气干燥器，7一热空气蚊风机，8一收卷装置

集聚的内应力得到释放，也提高了强度。式中：R是带有所需官能团的烷基或芳烷基。如接枝环氧基，使环

氧复合材料的层间剪切强度可提高3倍左右。

碳纤维经硝酸或浓碱处理后，表面增加了-COOH、

C=O、C－OH，与环氧树脂复合后强度提高的多。

（5）可逆水解理论

这两个可逆反应建立了键形成-断裂动态平衡，依靠这

种动态平衡，在界面上起着几个作用。

使界面始终保持一定的粘合强度。

可解释偶联剂处理过的树脂基复合材料湿态强度保留率

即外界微量的水使氢键在应力作用下破坏并在新的位置上再结合。另外也有实验证明，在碳纤维表面涂上柔性的高分子如聚乙烯醇后即能改善抗剪性能。

（10）酸解作用理论

该理论认为，酸性表面可与碱性表面通过酸碱相互作用结合。这里所说的酸碱是个广义的酸碱。物质的酸碱性可用酸性E和碱性参数C来表示。

当两相发生酸碱相互作用时，酸碱相互作用焓Δ

ΔH＝E A E B+C A C B

式中，下标表示A，B两相。