2、界面層的作用機(jī)理簡介

    在組成復(fù)合材料的兩相中，一般總有一相以溶液或熔融的流動狀態(tài)與另一相接觸，然后經(jīng)固化反應(yīng)使兩相結(jié)合在一起形成復(fù)合材料。在這一過程中，兩相間的作用機(jī)理一直是人們所關(guān)心的問題。目前，有關(guān)復(fù)合材料界面作用機(jī)理主要有以下幾種理論：

    2.1機(jī)械粘結(jié)理論

機(jī)械粘結(jié)理論認(rèn)為纖維表面存在高低不平的峰谷和細(xì)微的孔洞結(jié)構(gòu)，當(dāng)樹脂基體填充并固結(jié)后，樹脂和纖維表面產(chǎn)生機(jī)械性的互鎖現(xiàn)象，而此種粘接作用的強(qiáng)弱與纖維表面的粗糙程度及樹脂基體在復(fù)合材料制備過程中對于纖維的潤濕性大小有很大的關(guān)聯(lián)。

    2.2化學(xué)鍵合理論

    化學(xué)鍵合理論認(rèn)為要使纖維與樹脂基體間實現(xiàn)有效的粘結(jié)，兩相的表面應(yīng)含有能相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性基團(tuán)，通過官能團(tuán)的反應(yīng)以化學(xué)鍵結(jié)合形成界面。若兩相之間不能直接進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，也可通過偶聯(lián)劑的媒介作用以化學(xué)鍵的方式互相結(jié)合。表面處理在纖維表面引入-COOH、-OH等活性基團(tuán)，使纖維與樹脂基體在界面形成化學(xué)鍵，提高了纖維與樹脂基體的反應(yīng)能力與粘結(jié)強(qiáng)度。目前，化學(xué)鍵合理論是應(yīng)用最廣也是應(yīng)用最成功的理論，但是有些現(xiàn)象難以用化學(xué)鍵合理論做出令人滿意的解釋。

    2.3過渡層理論

    復(fù)合材料成型時基體和增強(qiáng)體的熱膨脹系數(shù)相差很大，在固化過程中，二者界面上就會產(chǎn)生附加應(yīng)力，此處成型時固化收縮也會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。過渡層理論認(rèn)為在基體和增強(qiáng)體的界面存在一個過渡層，可以起到應(yīng)力松弛的作用。一種理論認(rèn)為過渡層是塑性層，塑性層的形變能起到松弛應(yīng)力的作用。另一種理論認(rèn)為過渡層是模量介于基體和增強(qiáng)體之間的界面層，它能起到平均傳遞應(yīng)力的作用。

    2.4擴(kuò)散理論

    擴(kuò)散理論是由Borozncui首先提出的。該理論認(rèn)為高聚物間的相互粘結(jié)是由表面大分子相互擴(kuò)散所致，即兩相的分子鏈互相擴(kuò)散、滲透、纏結(jié)而形成界面層，從而有利于提高界面粘結(jié)強(qiáng)度。擴(kuò)散理論有很大局限性，例如，高聚物粘結(jié)劑與無機(jī)物之間顯然不會發(fā)生界面擴(kuò)散問題。

    2.5靜電理論

    靜電理論認(rèn)為所有的粘結(jié)現(xiàn)象大部分可解釋為界面上的電荷轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電雙層，兩個接觸的表面各帶不同的正負(fù)電荷，就如同化學(xué)酸堿反應(yīng)或鍵結(jié)合離子作用，此種結(jié)合力量的大小視電荷的密度而定，這種作用在玻璃纖維復(fù)合材料中，對添加偶聯(lián)劑而言是非常重要的，硅烷類偶聯(lián)劑即可能造成正負(fù)離子的效應(yīng)，使得電荷相互吸引而達(dá)到粘結(jié)的目的。但靜電理論不能解釋溫度，濕度及其它各種因素對粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

    2.6摩擦理論

    摩擦理論認(rèn)為，基體與增強(qiáng)材料界面的形成完全是由于摩擦作用，基體與增強(qiáng)材料間的摩擦系數(shù)決定了復(fù)合材料的強(qiáng)度。處理劑的作用在于增加了基體與增強(qiáng)材料間的摩擦系數(shù)，從而使復(fù)合材料的強(qiáng)度提高。該理論可較好的解釋復(fù)合材料界面受水等小分子物質(zhì)浸入后強(qiáng)度下降，干燥后強(qiáng)度又能部分恢復(fù)現(xiàn)象。水等小分子浸入界面使基體與增強(qiáng)材料間的摩擦因數(shù)減小，界面?zhèn)鬟f應(yīng)力的能力減弱，故強(qiáng)度降低。干燥后界面水分減少，基體與增強(qiáng)材料間的摩擦因數(shù)增大，傳遞應(yīng)力的能力增加，故強(qiáng)度部分恢復(fù)。

    復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)材料間界面的形成和破壞是一個極其復(fù)雜的物理和化學(xué)過程，目前人們對界面的認(rèn)識還不夠深入，還沒有一種理論能完善的解釋各種界面現(xiàn)象，界面理論還有待進(jìn)一步發(fā)展和完善。

    3、氨水和濃HNO3對碳纖維表面處理及其增強(qiáng)環(huán)氧樹脂界面性能研究

    3.1氨水改性碳纖維及其增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料界面性能研究實驗部分

    碳纖維表面光滑且呈化學(xué)惰性，與基體浸潤性差，不能與基體進(jìn)行有效粘合。因此，要獲得界面結(jié)合性能優(yōu)良的碳纖維復(fù)合材料，必須對其進(jìn)行表面處理，通過表面處理可以改善碳纖維的表面浸潤性，產(chǎn)生適合于粘結(jié)的表面形態(tài)，從而提高復(fù)合材料的界面結(jié)合性能。

    復(fù)合材料界面性能的提高主要?dú)w功于纖維表面粗糙度的增大和纖維表面極性官能團(tuán)的增多這兩個因素。在對纖維進(jìn)行表面處理時，這兩個因素往往同時出現(xiàn)并對復(fù)合材料的界面性能的改善同時起作用，這兩個因素之間的關(guān)系，以及是否存在對復(fù)合材料界面性能的提高起主要作用的因素，目前尚沒有被弄清楚，這就需要對這兩個影響因素進(jìn)行分別研究。