緒論

I?復(fù)合材料定義

2.發(fā)展歷史：原始復(fù)合材料

現(xiàn)代意義上的復(fù)合材料

3.玻璃鋼的特點(diǎn)

4.復(fù)合材料類(lèi)型

復(fù)合材料中的材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1?從工程應(yīng)用的角度分類(lèi)

2.結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

3.功能復(fù)合材料

4.各相的作用

5.復(fù)合材料區(qū)別單一材料的特點(diǎn)

6.高強(qiáng)度材料選用------

高模量結(jié)構(gòu)選用------------

高溫下使用的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料選擇一...........

7.化工防腐蝕的玻璃纖維增強(qiáng)塑料，根據(jù)介質(zhì)的不同采取不同的復(fù)合方式

8.聚合物基體的性能特點(diǎn)

9.增強(qiáng)體或功能體在復(fù)合材料中的作用

10.復(fù)合材料區(qū)別于一般混合材料的重要標(biāo)志--

復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)

I.分類(lèi)

復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與復(fù)合效果

1?分散質(zhì)

2.分散相

3.復(fù)合材料的性質(zhì)取決于…

4.連通性概念

5.連通結(jié)構(gòu)

6.0-3型結(jié)構(gòu)

I-3型結(jié)構(gòu)

2-2型結(jié)構(gòu)

2-3型結(jié)構(gòu)

3-3型結(jié)構(gòu)

7.材料的符合效果

組分效果

六邊形陣列

四方形陣列

結(jié)構(gòu)效果

形狀效果

取向效果

尺度效果

界面效果

8.了解和掌握復(fù)合材料的符合原理的目的

9.材料模型化的方法

10.復(fù)合材料的模型

建立材料的微觀模型往往包含兩方面的內(nèi)容：......

H.結(jié)構(gòu)模型的確立

12.物理模型的確立

同心球殼模型

同軸圓柱模型

片狀模型

復(fù)合材料的性質(zhì)與一般規(guī)律

1.分類(lèi)

2.計(jì)算阻力系數(shù)

復(fù)合材料的界面狀態(tài)解析

復(fù)合材料性能的主要影響因素：

基體和增強(qiáng)體或功能體的性能

復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和成型技術(shù)

復(fù)合材料中增強(qiáng)體或功能體與基體的結(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)

界面效應(yīng)19頁(yè)

1?界面的分類(lèi)

2.復(fù)合材料中相與相的兩相交接區(qū)是一個(gè)具有相當(dāng)厚度的界面層，兩相的接觸會(huì)引起多種界面

效應(yīng)，使界面層的結(jié)構(gòu)和性能不同于他兩側(cè)臨近的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

3.為了改善兩相的相容性和結(jié)合力，在兩相的界面上加入微量的改性劑。如：--

4.復(fù)合材料的特點(diǎn)

5.界面效應(yīng)的分類(lèi)

6.界面的研究對(duì)彖

增強(qiáng)體表面的有關(guān)問(wèn)題

表面處理物質(zhì)的有關(guān)問(wèn)題

表面處理的最優(yōu)化技術(shù)

粉體材料在基體中的分散

復(fù)合技術(shù)的優(yōu)化及其機(jī)理

7.材料粘結(jié)的破壞形式

表面及界面化學(xué)基礎(chǔ)

1.-----------------------------------表面張力產(chǎn)生原因是固體表面現(xiàn)彖發(fā)生的依據(jù)

2.比表面積一表示粉碎程度

3.表面張力的影響因素

表面張力與物質(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

作用力越大，相應(yīng)的表面張力越大。

物質(zhì)的表面張力與他相接觸的另一相物質(zhì)有關(guān)。

表面張力隨溫度不同而不同，一般溫度升高，表面張力下降。

恒溫恒壓下，任何物質(zhì)都有自動(dòng)向自由能減小的方向移動(dòng)的趨勢(shì)，表面能也有芻動(dòng)減小

的趨勢(shì)。

4.降低表面能的方法

通過(guò)自動(dòng)收縮表面積實(shí)現(xiàn)

通過(guò)降低比表面能來(lái)實(shí)現(xiàn)

5.表面吸附作用定義

6.固體吸附的原因

7.按作用力分類(lèi)（定義，特點(diǎn)）

物理吸附

化學(xué)吸附

8.粘附功與內(nèi)聚功;都是分離物質(zhì)

9.接觸角

10.不均勻表面的接觸角

10.接觸角和表面張力都是表征物質(zhì)表面的重要參數(shù)

11.滯后效應(yīng)二前進(jìn)角-后退接觸角

12.產(chǎn)生滯后效應(yīng)的原因

污染…化學(xué)實(shí)驗(yàn)洗滌儀器

亞穩(wěn)態(tài)

固體表現(xiàn)的粗糙度

表面的化學(xué)不均勻性

13.固體表面的臨界表面張力

指定固體的特征量

一種總結(jié)潤(rùn)濕性質(zhì)的有用方法?內(nèi)插法

14.增強(qiáng)體或功能體的表面張力必須人于基體的表面張力才能實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)體與基體相互間良好的

侵潤(rùn)。

15.侵潤(rùn)的熱效應(yīng)-將潔凈的固體表面侵入液體-量熱法測(cè)定

16.侵潤(rùn)熱大小測(cè)定條件

復(fù)合材料中，作為細(xì)微的粉狀粒子的侵潤(rùn)熱未必與塊狀固體的相同

侵潤(rùn)熱是不以向固體中滲透，擴(kuò)散和溶解為前提而討論的

17.界面的相容性與粘結(jié)-…相容性的判定

界面特性對(duì)復(fù)合粘結(jié)體系性能的影響-…填料與基體的界面問(wèn)題

1*在復(fù)合材料成型時(shí)，粘結(jié)劑體系中加入輔助材料組成復(fù)合粘結(jié)體系或?qū)⒃鰪?qiáng)體表面處理的情

況很多：

為防止橡膠的硫化，不飽和聚酯樹(shù)脂中加入觸變劑一SIO2

為防止?jié)B透，在麻醛梃脂中加入蛋白粉作觸變劑

為減少樹(shù)脂用量，加入一一粉末

偶聯(lián)劑處理時(shí)偶聯(lián)劑官能團(tuán)的特性作用…熱分析-力學(xué)損耗

1.作用：在粘結(jié)劑復(fù)合固化過(guò)程中，可以引起體系固化速度的改變

2.同一官能團(tuán)對(duì)不同固化體系的固化速度的改變時(shí)不同的

3.偶聯(lián)劑的峰：

官能團(tuán)參與反應(yīng)（增加濃度或阻聚）

優(yōu)先吸附引起的現(xiàn)彖

偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)及偶聯(lián)結(jié)構(gòu)的影響??32頁(yè)

1?鈦酸酯偶聯(lián)劑在增強(qiáng)體表面是線性的結(jié)合，而硅烷偶聯(lián)劑是一種剛性網(wǎng)絡(luò)結(jié)合。

增強(qiáng)體的表面特性及對(duì)復(fù)合材料界面結(jié)合的影響

1?增強(qiáng)體表面特性的分類(lèi)

增強(qiáng)體表面的物理特性與界面結(jié)合?決定界面粘結(jié)的好壞

比表面積及多孔性

比表面積的影響

多孔性的影響

增強(qiáng)體表面的極性-均一性.結(jié)晶特性及表面能

極性的取決因素

均一性的實(shí)質(zhì)

結(jié)晶特性表面能

增強(qiáng)體表面的化學(xué)特性與界面結(jié)合一決定界面粘結(jié)的效果

包括其表面化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，表面的反應(yīng)特性（最重要，關(guān)系到增強(qiáng)體是否

要進(jìn)行表面處理，與基體能否形成化學(xué)結(jié)合，是否容易與環(huán)境接觸反應(yīng)而影響到復(fù)合材料性能

的穩(wěn)定性）

增強(qiáng)體的表面能

2.玻璃纖維的表面化學(xué)組成，結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性

組成不同

坡璃纖維結(jié)構(gòu)：三度空間的不規(guī)則連續(xù)網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成,網(wǎng)絡(luò)是由多3.4-面體構(gòu)筑起來(lái)的

玻璃纖維表面表面吸附有一層水的原因

多面體中心

表面情況

吸濕性

坡璃表面的吸附水與玻璃組成中的堿金屬或堿土金屬作用，并在玻璃表面上形成-0H玻璃

纖維中含堿量愈高，吸附水對(duì)sio2股價(jià)的破壞愈人，纖維強(qiáng)度下降就愈人

玻璃纖維表面的三種結(jié)構(gòu)

3.碳纖維及其他纖維表面的化學(xué)組成，結(jié)構(gòu)及反應(yīng)性一37頁(yè)

對(duì)碳纖維的表面改性，一方面是使其表面晶核尺寸減小，增加比表面積

另一方面，作為最重要的途徑是力圖使其表面增加含氧基團(tuán)

復(fù)合體系的界面結(jié)合特性

1?復(fù)合材料界面形成過(guò)程：〔界面是怎樣形成的）

潤(rùn)濕

固化

2.按照怎樣固化分類(lèi)：有固化劑引發(fā)樹(shù)脂官能團(tuán)反應(yīng)固化

以樹(shù)脂本身官能團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)固化

3.膠束（膠粒）：密度大

4.膠絮：密度小

5.樹(shù)脂抑制層：增強(qiáng)體表面形成的有序樹(shù)脂膠束層

6.界面區(qū)定義：基體與增強(qiáng)體接觸界面和兩者薄層構(gòu)成的一定厚度的范圍

7.界面區(qū)的作用：使基體與增強(qiáng)體結(jié)合形成材料整體，并在外力場(chǎng)作用下的應(yīng)力傳遞

8.以連續(xù)纖維為增強(qiáng)體的樹(shù)脂基復(fù)合材料，增強(qiáng)體沿纖維的軸向是連續(xù)的，但其界面的微觀結(jié)

構(gòu)與非連續(xù)纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料仍是一致的

9.樹(shù)脂基復(fù)合材料的界面結(jié)合理論

潤(rùn)濕理論：要使樹(shù)脂對(duì)增強(qiáng)體緊密接觸，就必須使樹(shù)脂對(duì)增強(qiáng)體表面很好的侵潤(rùn)內(nèi)容

優(yōu)點(diǎn)

不足

完全潤(rùn)濕的前提條件：液態(tài)樹(shù)脂的表面張力小于增強(qiáng)體表面的臨界表面張力化

學(xué)鍵理論：偶聯(lián)劑一架橋劑

內(nèi)容：

優(yōu)點(diǎn)：在偶聯(lián)劑應(yīng)用于玻璃纖維復(fù)合材料中得到了很好的證明，也被界面研究的

實(shí)驗(yàn)多證實(shí)。

不足：聚合物不具備活性基團(tuán)

不具備與樹(shù)枝反應(yīng)的集團(tuán)，但仍能讓偶聯(lián)劑達(dá)到良好處理效果

硅烷偶聯(lián)劑中雙鍵的作用：當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)帶有不飽和雙鍵時(shí)，由于不

飽和雙鍵可與聚酯樹(shù)脂反應(yīng)，故提高了聚酯玻璃鋼的強(qiáng)度（E「2）-41頁(yè)

總結(jié)：不能單純以一種化學(xué)偶聯(lián)或者單純以一種物理化學(xué)現(xiàn)象來(lái)解釋

優(yōu)先吸附理論：為解釋化學(xué)鍵理論不能解釋的現(xiàn)象

內(nèi)容：

防水層理論

提出背景

內(nèi)容

不足：與實(shí)際有出入

可逆水解理論

內(nèi)容：在玻璃纖維增強(qiáng)的的復(fù)合材料中，偶聯(lián)劑不是阻止水分進(jìn)入界面，而是當(dāng)

有水存在時(shí)，偶聯(lián)劑與水在玻璃表面上競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合。由于硅烷偶聯(lián)劑與玻璃表面的SI-OH形成氫

鍵的能力比水強(qiáng)，足以與水分子競(jìng)爭(zhēng)表面，故驅(qū)去水而與玻璃表面鍵合。建立了兩個(gè)可逆反

應(yīng)。

可逆反應(yīng)的作用：對(duì)水產(chǎn)生排斥作用

由于這種動(dòng)態(tài)平衡，使界面上應(yīng)力松地

這種鍵的形成-斷裂-形成的動(dòng)態(tài)結(jié)合狀態(tài)使樹(shù)脂表面始終

保持一定的粘合強(qiáng)度。

摩擦理論

非樹(shù)脂基復(fù)合材料的基體與界面結(jié)構(gòu)

1.晶態(tài)非樹(shù)脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性

晶格的周期性

對(duì)稱(chēng)性和方向性

晶體的結(jié)合力

固定的熔點(diǎn)

2.非樹(shù)脂基復(fù)合材料的界面類(lèi)型

3.非樹(shù)脂基復(fù)合材料的界面結(jié)合形式機(jī)械結(jié)合

溶解與浸潤(rùn)結(jié)合

反應(yīng)界面結(jié)合

為能達(dá)到化學(xué)相容性，使界面處于穩(wěn)定狀態(tài)，可采取的辦法：在

復(fù)合溫度下使其熱力學(xué)平衡

利用退化反應(yīng)的化學(xué)動(dòng)能與化學(xué)勢(shì)能相平衡使

特殊表面能的影響最小

控制凝聚作用使總表面能最小

氧化結(jié)合

混合結(jié)合

樹(shù)脂基復(fù)合材料界面的破壞機(jī)理

1?矛盾的假設(shè)

2.能量流散概念：在裂紋的擴(kuò)張的過(guò)程中，將隨著裂紋的發(fā)展逐漸消耗能量，并且由于能量的

流散而減緩裂紋的發(fā)展，對(duì)于垂直纖維的裂紋峰還將減緩對(duì)纖維的沖擊

3.樹(shù)脂在玻璃纖維界面上生成的鍵分類(lèi)

4.復(fù)合材料界面破壞機(jī)理理論

5.微裂紋的影響

6.介質(zhì)（水）引起界面破壞的機(jī)理:

復(fù)合材料界面優(yōu)化設(shè)計(jì)

材料的應(yīng)用要求

制品首先要滿足強(qiáng)度問(wèn)題、

制品的工作環(huán)境

制品的生產(chǎn)成本，使用壽命

彈性模量的設(shè)計(jì)

界面相的模量應(yīng)當(dāng)介于增強(qiáng)體和基體之間

在保證相當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)程度下，界面想的模量應(yīng)是最低的部分，即是韌性的柔性的材

料的殘余應(yīng)力

如何減弱復(fù)合材料界面的殘余應(yīng)力

在材料中如何利用殘余應(yīng)力

基體與增強(qiáng)體的相容性

材料的動(dòng)力學(xué)效果

偶聯(lián)劑的性能

界面分析技術(shù)

1.界面性質(zhì)取決于界面的結(jié)合狀態(tài)，微結(jié)構(gòu)特征以及應(yīng)力狀態(tài)

2.微觀方法：

3.宏觀方法：

4.常規(guī)分析主要測(cè)量界面應(yīng)力狀態(tài)和粘結(jié)強(qiáng)度的模型試驗(yàn)和宏觀力學(xué)方法

拔脫實(shí)驗(yàn)?適用于測(cè)定界面粘結(jié)強(qiáng)度的普遍方法

頂出法-適用于測(cè)定相對(duì)界面粘結(jié)強(qiáng)度

臨界長(zhǎng)度法?適用于熱塑性基體或延伸率較高的基體

界面黏結(jié)能法

力學(xué)性能測(cè)試方法?定性分析

5.電子顯微鏡觀測(cè)法

6.X射線衍射法-用于分析增強(qiáng)材料表面的晶相結(jié)構(gòu)

7.光電子能譜分析法ESCA特點(diǎn)：

8其他界面分析方法

復(fù)合體系的典型界面反應(yīng)

1.基材間的粘結(jié)性直接相關(guān)因素：

無(wú)機(jī)…有機(jī)

1?玻璃纖維-聚合物體系進(jìn)行表面處理的目的：

2.表面處理結(jié)構(gòu)：表面處理劑一般都帶有能與硅疑基起化學(xué)反應(yīng)的活性疑基

3.以硅烷偶聯(lián)劑為例來(lái)說(shuō)明這種反應(yīng)的歷程：

4?碳纖維■聚合物體系■常用極性表面官能團(tuán)來(lái)解釋碳纖維的表面特性5?碳纖維氧化處理，

氧化過(guò)程：

6?胺固化的壞氧樹(shù)脂中的胺基可能與纖維表面的竣酸形成氫鍵，壞氧樹(shù)脂的壞氧基也能與疑

基和竣基形成氫鍵，在過(guò)量單體尤其是在較高溫度時(shí)，這些氫鍵就轉(zhuǎn)變成共價(jià)鍵。

7.通過(guò)各種途徑來(lái)改變表面官能團(tuán)的種類(lèi)和數(shù)屋，就有可能使纖維和樹(shù)脂形成更好的粘結(jié)而提

高其復(fù)合材料的綜合性能。

8.填充材料-炭黑，水合二氧化硅，玻璃纖維。

9?在微粒炭黑表面形成接枝的方式：

無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)

1?纖維增韌陶瓷

2?水泥基復(fù)合材料

玻璃纖維增強(qiáng)混凝土

石灰石■漿體界面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):

目的：

兩種類(lèi)型的侵蝕:

改善措施:

3?碳纖維增強(qiáng)混凝土，經(jīng)處理的碳纖維有富集CA2+的作用，這種作用的影響：可能導(dǎo)致纖維

表面的水泥早期水化，表現(xiàn)為堿處理-水泥漿體的屈服應(yīng)力及表觀粘度增大。

無(wú)機(jī)一金屬

1?復(fù)合材料的界面必須保持良好的結(jié)合狀態(tài)，且在使用的高溫條件下保持長(zhǎng)時(shí)間的化學(xué)穩(wěn)定

性，使之不能因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而降低力學(xué)性能。

有機(jī)-有機(jī)

1.有機(jī)纖維…芳綸纖維

2.芳綸纖維的特點(diǎn)：本身表面惰性，也是用來(lái)增強(qiáng)高性能樹(shù)脂

復(fù)合材料的界面處理技術(shù)

1.目的：為了獲得好的界面粘結(jié)，通常要對(duì)增強(qiáng)材料的表面進(jìn)行有針對(duì)的處理，以改善其表面

性能，獲得與基體的良好界面粘結(jié)。

增強(qiáng)材料的表面處理

1.表面處理的定義：

2.目的