1、3 3 復(fù)合資料的界面形狀解析復(fù)合資料的界面形狀解析1 1、了解界面的分類；、了解界面的分類；2 2、掌握復(fù)合資料的界面層，除了在性能和構(gòu)造上、掌握復(fù)合資料的界面層，除了在性能和構(gòu)造上不同于相鄰兩組分相外，還具有的特點(diǎn)；不同于相鄰兩組分相外，還具有的特點(diǎn)；3 3、掌握復(fù)合資料界面的研討對(duì)象；、掌握復(fù)合資料界面的研討對(duì)象；4 4、掌握與外表張力有關(guān)的要素；、掌握與外表張力有關(guān)的要素；5 5、掌握吸附按作用力的分類及特點(diǎn)；、掌握吸附按作用力的分類及特點(diǎn)；6 6、掌握導(dǎo)致接觸角的滯后效應(yīng)的緣由；、掌握導(dǎo)致接觸角的滯后效應(yīng)的緣由；7 7、掌握固體被液體的浸潤性；、掌握固體被液體的浸潤性；8 8、了解界

2、面的相容性與粘接；、了解界面的相容性與粘接；9 9、了解浸潤動(dòng)力學(xué)；、了解浸潤動(dòng)力學(xué)；1010、重點(diǎn)掌握加強(qiáng)體的外表特性及對(duì)復(fù)合資料界、重點(diǎn)掌握加強(qiáng)體的外表特性及對(duì)復(fù)合資料界面結(jié)合的影響。面結(jié)合的影響。3 3 復(fù)合資料的界面形狀解析復(fù)合資料的界面形狀解析 復(fù)合資料性能的主要影響要素包括三個(gè)方面：復(fù)合資料性能的主要影響要素包括三個(gè)方面：1 1、基體和加強(qiáng)體或功能體的性能；、基體和加強(qiáng)體或功能體的性能；2 2、復(fù)合資料的構(gòu)造和成型技術(shù)；、復(fù)合資料的構(gòu)造和成型技術(shù)；3 3、界面結(jié)合形狀、界面結(jié)合形狀( (物理的和化學(xué)的物理的和化學(xué)的) )及由此產(chǎn)生及由此產(chǎn)生的復(fù)合效應(yīng)。的復(fù)合效應(yīng)。 這三個(gè)方面都可以

3、成為復(fù)合資料的薄弱環(huán)節(jié)；這三個(gè)方面都可以成為復(fù)合資料的薄弱環(huán)節(jié)；換言之，復(fù)合資料的的性能應(yīng)是以上三個(gè)要素綜換言之，復(fù)合資料的的性能應(yīng)是以上三個(gè)要素綜合效果的作用結(jié)果。合效果的作用結(jié)果。 3.1 界面效應(yīng)界面效應(yīng)界面的分類：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-液液g-l、氣、氣-固固g-s、液、液-液液l-l、液、液-固固l-s、固、固-固固s-s界面。界面。 通常的研討中，習(xí)慣于把氣通常的研討中，習(xí)慣于把氣-液液g-l 、氣、氣-固固g-s界面分別稱為液相外表、固相外表。界面分別稱為液相外表、固相外表。留意：留意： 對(duì)于復(fù)

4、合資料來說，界面并非是一個(gè)理想的幾何面。對(duì)于復(fù)合資料來說，界面并非是一個(gè)理想的幾何面。實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明： 復(fù)合資料中相與相之間的兩相交接區(qū)是一個(gè)具有相當(dāng)厚復(fù)合資料中相與相之間的兩相交接區(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)，使界面層的構(gòu)造和性能不同于它兩側(cè)臨近的構(gòu)造和性質(zhì)。構(gòu)造和性能不同于它兩側(cè)臨近的構(gòu)造和性質(zhì)。 圖圖3.1 3.1 聚合物復(fù)合資料界面表示聚合物復(fù)合資料界面表示a a含界面物質(zhì)；含界面物質(zhì)； b b不含界面物質(zhì)不含界面物質(zhì) 復(fù)合資料的界面層，除了在性能和構(gòu)造上不同復(fù)合資料的界面層，除了在性能和構(gòu)造上不同于

5、相鄰兩組分相外，還具有如下特點(diǎn)：于相鄰兩組分相外，還具有如下特點(diǎn)：(1)具有一定的厚度；具有一定的厚度；(2)性能在厚度方向上有一定的梯度變化；性能在厚度方向上有一定的梯度變化；(3)隨環(huán)境條件變化而改動(dòng)隨環(huán)境條件變化而改動(dòng) 。 界面層的存在，導(dǎo)致界面效應(yīng)的發(fā)生。林毅把復(fù)合資界面層的存在，導(dǎo)致界面效應(yīng)的發(fā)生。林毅把復(fù)合資料的界面效應(yīng)歸結(jié)四類：料的界面效應(yīng)歸結(jié)四類：(1)分割效應(yīng)：一個(gè)延續(xù)體被分割成許多區(qū)域，分析尺寸分割效應(yīng)：一個(gè)延續(xù)體被分割成許多區(qū)域，分析尺寸大小、中斷強(qiáng)度、分散情況等對(duì)基體的力學(xué)性能的影響；大小、中斷強(qiáng)度、分散情況等對(duì)基體的力學(xué)性能的影響；(2)不延續(xù)效應(yīng)：在界面上引起的物理

6、性質(zhì)的不延續(xù)性和不延續(xù)效應(yīng)：在界面上引起的物理性質(zhì)的不延續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的景象，如電阻、介電特性、磁性、耐熱性、界面摩擦出現(xiàn)的景象，如電阻、介電特性、磁性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等；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，如界面產(chǎn)生的散射和吸收，如 透光性、隔熱性、隔音性、耐透光性、隔熱性、隔音性、耐沖擊性及耐熱沖擊性等；沖擊性及耐熱沖擊性等；(4)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、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)的景象內(nèi)應(yīng)力和由此出現(xiàn)的景象高的彈性、低的熱膨脹

7、性、耐高的彈性、低的熱膨脹性、耐沖擊性和耐熱性等。沖擊性和耐熱性等。 32 復(fù)合資料界面的研討對(duì)象復(fù)合資料界面的研討對(duì)象外表處置物質(zhì)外表處置物質(zhì)加強(qiáng)體加強(qiáng)體基體基體外表處置物質(zhì)層外表處置物質(zhì)層加強(qiáng)體加強(qiáng)體外表處置物質(zhì)層外表處置物質(zhì)層加強(qiáng)體加強(qiáng)體基體基體加強(qiáng)體加強(qiáng)體外表處置技術(shù)外表處置技術(shù)基體基體復(fù)合技術(shù)復(fù)合技術(shù)IFF F 外表外表F/I F/I 界面界面I I 外表外表I I 構(gòu)造構(gòu)造F/I F/I 界面界面I/M I/M 界面界面F/M F/M 界面界面M M復(fù)合資料界面的研討對(duì)象：復(fù)合資料界面的研討對(duì)象：1加強(qiáng)體外表有關(guān)的問題：加強(qiáng)體外表有關(guān)的問題： 、加強(qiáng)體外表的化學(xué)、物理構(gòu)造與性能；、

8、加強(qiáng)體外表的化學(xué)、物理構(gòu)造與性能； 、加強(qiáng)體與外表處置物質(zhì)界面層的構(gòu)造與性質(zhì)及對(duì)加強(qiáng)、加強(qiáng)體與外表處置物質(zhì)界面層的構(gòu)造與性質(zhì)及對(duì)加強(qiáng)體外表特性的影響；體外表特性的影響； 、加強(qiáng)體外表特性與基體之間的相互關(guān)系及兩者間的相、加強(qiáng)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加強(qiáng)體未處置時(shí)；互作用加強(qiáng)體未處置時(shí)； 、加強(qiáng)體與外表處置物質(zhì)的界面作用；、加強(qiáng)體與外表處置物質(zhì)的界面作用； 、加強(qiáng)體外表特性與復(fù)合資料特性的相互關(guān)系。、加強(qiáng)體外表特性與復(fù)合資料特性的相互關(guān)系。2外表處置物質(zhì)的有關(guān)問題：外表處置物質(zhì)的有關(guān)問題： 、最外層的化學(xué)、物理構(gòu)造及內(nèi)層的化學(xué)、物理構(gòu)造；、最外層的化學(xué)、物理構(gòu)造及內(nèi)層的化

9、學(xué)、物理構(gòu)造； 、外表處置物質(zhì)與基體之間的相互作用；、外表處置物質(zhì)與基體之間的相互作用； 、外表處置物質(zhì)對(duì)基體的影響；、外表處置物質(zhì)對(duì)基體的影響； 、處置條件及處置劑層的特性；、處置條件及處置劑層的特性； 、處置劑層隨時(shí)間的變化；、處置劑層隨時(shí)間的變化； 、處置劑層與復(fù)合資料性能的相互關(guān)系。、處置劑層與復(fù)合資料性能的相互關(guān)系。3外表處置的最優(yōu)化技術(shù)。外表處置的最優(yōu)化技術(shù)。4粉體資料在基體中的分散：粉體資料在基體中的分散： 、分散形狀的評(píng)價(jià)；、分散形狀的評(píng)價(jià)； 、分散技術(shù)及機(jī)理；、分散技術(shù)及機(jī)理； 、分散形狀與復(fù)合資料性能。、分散形狀與復(fù)合資料性能。5復(fù)合技術(shù)的優(yōu)化及其機(jī)理。復(fù)合技術(shù)的優(yōu)化及其機(jī)

10、理。圖圖3.3 3.3 資料粘接的破壞方式資料粘接的破壞方式作業(yè)：作業(yè)：6、復(fù)合資料的界面層，除了在性能和構(gòu)造上不同于相鄰、復(fù)合資料的界面層，除了在性能和構(gòu)造上不同于相鄰兩組分相外，還具有哪些特點(diǎn)；兩組分相外，還具有哪些特點(diǎn)；7、簡述復(fù)合資料界面的研討對(duì)象；、簡述復(fù)合資料界面的研討對(duì)象；8、簡述與外表張力有關(guān)的要素。、簡述與外表張力有關(guān)的要素。9、吸附按作用力的性質(zhì)可分為哪幾類？各有什么特點(diǎn)？、吸附按作用力的性質(zhì)可分為哪幾類？各有什么特點(diǎn)？10、利用接觸角的知識(shí)，討論固體被液體的浸潤性。、利用接觸角的知識(shí)，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？、界面的相容性指什么？如何確

11、定？3.3 外表及界面化學(xué)根底外表及界面化學(xué)根底3.3.1 外表張力、外表自在能及比外表能外表張力、外表自在能及比外表能 物質(zhì)外表具有的性質(zhì)是由于外表分子所處形狀與相內(nèi)物質(zhì)外表具有的性質(zhì)是由于外表分子所處形狀與相內(nèi)分子所處形狀不同所引起的。分子所處形狀不同所引起的。 物質(zhì)外表張力可以表達(dá)為兩種方式：物質(zhì)外表張力可以表達(dá)為兩種方式：ldxWdAW(3.1)(3.2)l為長度，為長度，x為位移，為位移，A為面積，為面積，W為所做的功；為所做的功；即為物質(zhì)的外表張力。即為物質(zhì)的外表張力。 式式3.1中，中，可以了解為表征表層分子作用于單可以了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

12、；位長度上的收縮力，單位是牛頓每厘米； 而式而式3.2中，中， 可以了解為物質(zhì)單位面積上的能可以了解為物質(zhì)單位面積上的能量，即發(fā)生單位面積變化時(shí)，外力所需做的功，其單位可量，即發(fā)生單位面積變化時(shí)，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。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。是相等的。 ldxW(3.1)dAW(3.2) 設(shè)在恒溫、恒壓、恒組成條件下，由于外表變化，環(huán)境設(shè)在恒溫、恒壓、恒組成條件下，由于外表變化，環(huán)境對(duì)體系所做功為對(duì)體系所做功為W，那么體系外表自在能添加值

13、，那么體系外表自在能添加值G相應(yīng)為：相應(yīng)為： WGWGdAdG比外表積比外表積 外表積外表積/體積體積比外表積它表示物質(zhì)的粉碎程度。比外表積它表示物質(zhì)的粉碎程度。設(shè)物質(zhì)的面積添加為設(shè)物質(zhì)的面積添加為A，由式，由式3.3，那么有：，那么有：這樣，定義物質(zhì)單位外表積的自在能這樣，定義物質(zhì)單位外表積的自在能為比外表自在能。為比外表自在能。3.43.5(3.3) 外表張力是物質(zhì)的一種特性，它是物質(zhì)內(nèi)部分子之間相外表張力是物質(zhì)的一種特性，它是物質(zhì)內(nèi)部分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，需求明確互作用的一種表現(xiàn)。有關(guān)外表張力或界面張力，需求明確以下三個(gè)問題：以下三個(gè)問題： (1)外表張力與

14、物質(zhì)構(gòu)造、性質(zhì)有關(guān)。外表張力與物質(zhì)構(gòu)造、性質(zhì)有關(guān)。 不同物質(zhì)性質(zhì)、構(gòu)造的分子間相互作用力不同，分子間不同物質(zhì)性質(zhì)、構(gòu)造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：金屬鍵物質(zhì)作用力愈大，相應(yīng)外表張力也愈大。通常：金屬鍵物質(zhì)(金、金、銀等銀等)離子鍵物質(zhì)離子鍵物質(zhì)(氧化物熔體、熔鹽氧化物熔體、熔鹽)極性分子物質(zhì)極性分子物質(zhì)(水水等等)弱極性物質(zhì)弱極性物質(zhì)(丙酮等丙酮等)非極性物質(zhì)非極性物質(zhì)(液液H2、液、液Cl2等等)。 (2)物質(zhì)的外表張力與它相接觸的另一相物質(zhì)有關(guān)。物質(zhì)的外表張力與它相接觸的另一相物質(zhì)有關(guān)。 當(dāng)與不同性質(zhì)的物質(zhì)接觸時(shí)，外表層分子遭到的力場(chǎng)不當(dāng)與不同性質(zhì)的

15、物質(zhì)接觸時(shí)，外表層分子遭到的力場(chǎng)不同，致使外表張力不同。同，致使外表張力不同。 (3)外表張力隨溫度不同而不同，普通溫度升高，外表張外表張力隨溫度不同而不同，普通溫度升高，外表張力下降。力下降。 這是由于溫度提高，物質(zhì)體積膨脹，即分子間距增大，這是由于溫度提高，物質(zhì)體積膨脹，即分子間距增大，使分子間作用力變小。使分子間作用力變小。 恒溫、恒壓條件下，任何物質(zhì)都有自動(dòng)向自在能減小恒溫、恒壓條件下，任何物質(zhì)都有自動(dòng)向自在能減小的方向挪動(dòng)的趨勢(shì)，因此，外表能也有自動(dòng)減小的趨勢(shì)。的方向挪動(dòng)的趨勢(shì)，因此，外表能也有自動(dòng)減小的趨勢(shì)。降低外表能的措施：降低外表能的措施：1、經(jīng)過自動(dòng)收縮外表積實(shí)現(xiàn)；、經(jīng)過自動(dòng)

16、收縮外表積實(shí)現(xiàn)；2、經(jīng)過降低比外表能來實(shí)現(xiàn)。、經(jīng)過降低比外表能來實(shí)現(xiàn)。 332 外表吸附作用外表吸附作用吸附：吸附： 是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一物質(zhì)外表上的景象，是一種物質(zhì)的原子或分子附著在另一物質(zhì)外表上的景象，或者說，物質(zhì)在相的界面上，濃度發(fā)生自動(dòng)變化的景象。或者說，物質(zhì)在相的界面上，濃度發(fā)生自動(dòng)變化的景象。 固體吸附的緣由：固體吸附的緣由： 由于固體外表質(zhì)點(diǎn)處于力場(chǎng)不平衡的形狀，即具有外表能，由于固體外表質(zhì)點(diǎn)處于力場(chǎng)不平衡的形狀，即具有外表能，這一不平衡的力場(chǎng)為了趨于平衡態(tài)，可以吸附別的物質(zhì)而得這一不平衡的力場(chǎng)為了趨于平衡態(tài)，可以吸附別的物質(zhì)而得到補(bǔ)償，以降低外表能到補(bǔ)償，以降低外表

17、能(外表自在能外表自在能)，所以固體外表自動(dòng)地，所以固體外表自動(dòng)地吸附那些可以降低其外表自在能的物質(zhì)。吸附那些可以降低其外表自在能的物質(zhì)。 吸附過程是放熱反響，解吸過程是吸熱的。吸附過程是放熱反響，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。吸附按作用力的性質(zhì)，分為物理吸附和化學(xué)吸附。3.3.2.1 物理吸附物理吸附 當(dāng)固體外表的原子的原子價(jià)被相鄰的原子所飽和，當(dāng)固體外表的原子的原子價(jià)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外表分子與吸附物之間的作用力是分子間引力范德華力。力。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1、無選擇性，吸附量相差較大；、無選擇性，吸附量相差較大；

18、 2、吸附可呈單分子層或多分子層；、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。、物理吸附、解吸速度較快，易平衡。 普通在低溫下進(jìn)展的吸附是物理吸附。普通在低溫下進(jìn)展的吸附是物理吸附。3.3.2.2 化學(xué)吸附化學(xué)吸附 當(dāng)固體外表的原子的原子價(jià)被相鄰的原子所飽和，當(dāng)固體外表的原子的原子價(jià)被相鄰的原子所飽和，還有剩余的成鍵才干，在吸附劑及吸附物之間還有電子還有剩余的成鍵才干，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。轉(zhuǎn)移生成化學(xué)鍵的吸附。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1、有選擇性；、有選擇性； 2、只能單分子吸附，且不易吸附或解吸；、只能單分子吸附，且不易吸附或解吸； 3、平衡慢。、

19、平衡慢。1、無選擇性，吸附量相差較大；、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；、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。、物理吸附、解吸速度較快，易平衡。3.3.3 粘附功及浸潤景象3.3.3.1 粘附功與內(nèi)聚功 將AB界面1cm2分別為A、B兩個(gè)面時(shí)所需的功稱為粘附功。表示為：圖3.4 粘附功與內(nèi)聚功對(duì)于單一物質(zhì)，相應(yīng)的即為內(nèi)聚功對(duì)于單一物質(zhì)，相應(yīng)的即為內(nèi)聚功WAA可表示為：可表示為：ABW式中式中WABWAB為為A A，B B兩外表的粘附功，兩外表的粘附功，,分別為外表張力及分別為外表張力及ABAB的界面張力。的界面張力。 2AAW3.3.3.2

20、 接觸角接觸角浸潤功：在浸潤過程中所釋放的能量。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(shí)，使覆蓋固體的面積改動(dòng)了設(shè)液滴發(fā)生微小位移時(shí)，使覆蓋固體的面積改動(dòng)了A，如圖，伴隨的外表自在能變化如圖，伴隨的外表自在能變化G是：是：)cos()(lvsvslG0/lim0G0coslvsvslslsvlvcos或或lvslsvslW)cos1 (lvslW3.12平衡時(shí)平衡時(shí)于是于是在這類吸附浸潤中，處于平衡態(tài)時(shí)的浸潤功在這類吸附浸潤中，處于平衡態(tài)時(shí)的浸潤功W為：為：為固為固液界面的粘附功，液界面的粘附功，代入式代入式(310)，即可得到，即可得到(3.10)圖圖3.5 3.5 液滴在固

21、體外表形狀液滴在固體外表形狀式式(310)稱為稱為Young公式，而式公式，而式(3.12)稱為稱為Dupre公式。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、角稱為液相與固相之間的接觸角，其確切定義為在氣、液、固三相交界處的氣固三相交界處的氣-液界面與固液界面與固液界面之間的夾角。液界面之間的夾角。由由Dupre式可知，式可知，當(dāng)當(dāng)0時(shí)，界面的粘附功最大：時(shí)，界面的粘附功最大： lvslW2max.0min.slWlvslsvcos由此可知，接觸角可以衡量液體對(duì)固體的浸潤效果。由此可知，接觸角可以衡量液體對(duì)固體的浸潤效果。由由Young式，可以得到：式，可以得到：當(dāng)當(dāng)180時(shí)

22、：時(shí)：由此可知：由此可知： (1)當(dāng)當(dāng)svsl, cos90,此時(shí)固體不為液體浸潤；此時(shí)固體不為液體浸潤； (2)當(dāng)當(dāng)lv(sv-sl)0，那么，那么1cos0，即，即090，此時(shí)固體為液體所浸潤；，此時(shí)固體為液體所浸潤； (3)假設(shè)假設(shè)sv-sl lv，那么，那么cos1，0，此時(shí)固，此時(shí)固體外表可以被液體完全浸潤，并獲得最大粘附功。體外表可以被液體完全浸潤，并獲得最大粘附功。lvslsvcos3.3.3.3 不均勻外表的接觸角不均勻外表的接觸角 當(dāng)固體外表不均勻時(shí)，接觸角可以用閱歷的方法來確定。當(dāng)固體外表不均勻時(shí)，接觸角可以用閱歷的方法來確定。 投影真實(shí)R真實(shí)coscos RR)()(co

23、s221121lffsvslsvsclv2211coscoscosffc或或?qū)Υ植谕獗韺?duì)粗糙外表:對(duì)于由各種不同的小片組成的復(fù)合外表：對(duì)于由各種不同的小片組成的復(fù)合外表：圖圖3.6 3.6 在粗糙外表上的液滴邊緣在粗糙外表上的液滴邊緣3.3.3.4 接觸角的滯后接觸角的滯后 液體對(duì)固體外表的浸潤隨運(yùn)動(dòng)形狀不同而不同，可以液體對(duì)固體外表的浸潤隨運(yùn)動(dòng)形狀不同而不同，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(jìn)顯示出不同的接觸角數(shù)值，如圖。通常稱較大的角為前進(jìn)角角a，較小的接觸角稱后退接觸角，較小的接觸角稱后退接觸角r，兩者的相差值，兩者的相差值a-r，稱為接觸角的滯后效應(yīng)。稱為接觸角的滯

24、后效應(yīng)。 導(dǎo)致接觸角的滯后效應(yīng)的緣由導(dǎo)致接觸角的滯后效應(yīng)的緣由:1、污染；、污染；2、固體外表的粗糙度、固體外表的粗糙度 ；3、外表的化學(xué)不均勻性。、外表的化學(xué)不均勻性。 3.3.3.4 接觸角的滯后接觸角的滯后 圖圖3.73.7水滴在玻璃外表的滴淌水滴在玻璃外表的滴淌圖圖3.8 3.8 玻璃纖維在液態(tài)樹脂中的浸潤形狀玻璃纖維在液態(tài)樹脂中的浸潤形狀玻璃外表玻璃外表前進(jìn)時(shí)穩(wěn)定前進(jìn)時(shí)穩(wěn)定平衡時(shí)平衡時(shí)后退時(shí)穩(wěn)定后退時(shí)穩(wěn)定纖維纖維3.3.4 固體外表的臨界外表張力固體外表的臨界外表張力 Zisman等發(fā)現(xiàn)對(duì)于同系的液體，等發(fā)現(xiàn)對(duì)于同系的液體，cos(前進(jìn)角前進(jìn)角)通常通常是是l的單調(diào)函數(shù)。的單調(diào)函數(shù)。

25、提出：提出：)(1coscllb式中，式中，a、b、 均為常數(shù)。均為常數(shù)。335浸潤的熱效應(yīng)浸潤的熱效應(yīng) 假設(shè)將干凈固體外表浸入液體，通常有熱釋出，即所謂假設(shè)將干凈固體外表浸入液體，通常有熱釋出，即所謂浸潤熱浸潤熱q浸潤，可表示為：浸潤，可表示為：slsEE 浸潤q式中，式中，Es為固體外表能，為固體外表能，Esl為固為固-液界面能。液界面能。 浸潤熱可以用量熱法測(cè)定浸潤熱可以用量熱法測(cè)定 ， 浸潤熱的大小與固體外表浸潤熱的大小與固體外表的物理化學(xué)性能，即構(gòu)造、極性、不均勻性以及外表與浸的物理化學(xué)性能，即構(gòu)造、極性、不均勻性以及外表與浸漬液間的相互作用而構(gòu)成的各種界面景象有關(guān)。漬液間的相互作用

26、而構(gòu)成的各種界面景象有關(guān)。需求留意的是：需求留意的是：復(fù)合資料中，作為細(xì)微的粉狀粒子復(fù)合資料中，作為細(xì)微的粉狀粒子(0.1mm以下以下)的浸潤的浸潤熱未必與塊狀固體一樣；熱未必與塊狀固體一樣；浸潤熱是以不向固體中浸透、分散和溶解為前提。浸潤熱是以不向固體中浸透、分散和溶解為前提。 通常浸潤熱很小，約為幾百爾格厘米通常浸潤熱很小，約為幾百爾格厘米23.3.6 界面的相容性與粘接界面的相容性與粘接 在復(fù)合資料界面上發(fā)生兩種資料分散混合時(shí)，相容性在復(fù)合資料界面上發(fā)生兩種資料分散混合時(shí)，相容性成為粘接界面的一個(gè)重要要素。成為粘接界面的一個(gè)重要要素。 通常，相容性是根據(jù)在混合時(shí)的吉布斯通常，相容性是根據(jù)

27、在混合時(shí)的吉布斯(Gibbs)的自的自在能變化在能變化G來確定。來確定。 即即 G0, 就相容；就相容； G0, 就不相容，即不混合。就不相容，即不混合。 而而G用混合熵用混合熵S和混合熱和混合熱H來表達(dá)，此時(shí)有：來表達(dá)，此時(shí)有： STG溶解度參數(shù)溶解度參數(shù)：定義為內(nèi)聚能密度：定義為內(nèi)聚能密度CED的平方根。的平方根。內(nèi)聚能密度內(nèi)聚能密度CED：從液體或固體且設(shè)體積變化可忽略：從液體或固體且設(shè)體積變化可忽略物質(zhì)的一個(gè)分子移到離周圍分子很遠(yuǎn)的地方所需的能量。物質(zhì)的一個(gè)分子移到離周圍分子很遠(yuǎn)的地方所需的能量。 CED111 12； CED222 22當(dāng)當(dāng)122211那么有：那么有：21221112

28、12CED3.4 3.4 浸潤動(dòng)力學(xué)浸潤動(dòng)力學(xué) 固液兩種資料接觸并浸潤的過程，除了由熱力學(xué)固液兩種資料接觸并浸潤的過程，除了由熱力學(xué)要素決議外，還必需思索粘接速度這要素。在粘接或復(fù)要素決議外，還必需思索粘接速度這要素。在粘接或復(fù)合資料制備過程中主要是流動(dòng)和硬化這一過程。合資料制備過程中主要是流動(dòng)和硬化這一過程。3 34 41 1 浸潤的速度過程浸潤的速度過程 當(dāng)粘結(jié)劑涂布于凹凸不平的被粘物時(shí)，為了布滿其當(dāng)粘結(jié)劑涂布于凹凸不平的被粘物時(shí)，為了布滿其外表，必需求流動(dòng)才干實(shí)現(xiàn)。外表，必需求流動(dòng)才干實(shí)現(xiàn)。 設(shè)設(shè)r r為被粘物被浸透的毛細(xì)管半徑、為被粘物被浸透的毛細(xì)管半徑、V V為液態(tài)粘結(jié)劑為液態(tài)粘結(jié)劑

29、的粘度、的粘度、X X為液體在時(shí)間內(nèi)沿毛細(xì)管前進(jìn)的間隔，當(dāng)施加為液體在時(shí)間內(nèi)沿毛細(xì)管前進(jìn)的間隔，當(dāng)施加壓力尸較大時(shí)，那么可由壓力尸較大時(shí)，那么可由PoiseuillePoiseuille式表示：式表示： trl4Prcos422 當(dāng)液體自然浸透或壓力很小時(shí)，可以為當(dāng)液體自然浸透或壓力很小時(shí)，可以為P=0P=0，此時(shí)那么，此時(shí)那么有有RidealWashburnRidealWashburn式表示：式表示：浸潤功為：浸潤功為：當(dāng)，當(dāng)， 即發(fā)生毛細(xì)浸潤。即發(fā)生毛細(xì)浸潤。 Young公式及上式可得：公式及上式可得：故毛細(xì)浸潤時(shí)，速度的浸潤張力表達(dá)式也可以為：故毛細(xì)浸潤時(shí)，速度的浸潤張力表達(dá)式也可以為：

30、 寫成速度表達(dá)式那么為：寫成速度表達(dá)式那么為： 或或rtlcos2slsviWsvsl coslviW trWi22rdtdl2cosrWdtdi23 34 42 2 界面特性對(duì)復(fù)合粘結(jié)體系性能的影響界面特性對(duì)復(fù)合粘結(jié)體系性能的影響 在復(fù)合資料成型時(shí)，粘結(jié)劑體系中參與輔助資料組成在復(fù)合資料成型時(shí)，粘結(jié)劑體系中參與輔助資料組成復(fù)合粘結(jié)體系或?qū)⒓訌?qiáng)體外表處置的情況是很多的。復(fù)合粘結(jié)體系或?qū)⒓訌?qiáng)體外表處置的情況是很多的。 這里重點(diǎn)引見一下加強(qiáng)體這里重點(diǎn)引見一下加強(qiáng)體( (或填料或填料) )經(jīng)偶聯(lián)劑處置后的經(jīng)偶聯(lián)劑處置后的復(fù)合體系粘結(jié)特性。復(fù)合體系粘結(jié)特性。 3 34 42 21 1 偶聯(lián)劑處置時(shí)偶聯(lián)

31、劑官能團(tuán)的特性作用偶聯(lián)劑處置時(shí)偶聯(lián)劑官能團(tuán)的特性作用 偶聯(lián)劑官能團(tuán)的特性，是在粘結(jié)劑復(fù)合固化過程中，偶聯(lián)劑官能團(tuán)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度的改動(dòng)。可以引起體系固化速度的改動(dòng)。 同一官能團(tuán)對(duì)不同固化體系的固化速度的改動(dòng)是不同同一官能團(tuán)對(duì)不同固化體系的固化速度的改動(dòng)是不同的。的。 環(huán)氧樹脂和用硅烷處置過的環(huán)氧樹脂和用硅烷處置過的SiO2SiO2組成的復(fù)合物的放熱組成的復(fù)合物的放熱效應(yīng)見表效應(yīng)見表3 31 1。 硅烷的有機(jī)官能團(tuán)硅烷的有機(jī)官能團(tuán)固化劑固化劑ZT()氨乙基哌嗪固化劑氨乙基哌嗪固化劑T()未處置未處置-22-25胺基胺基-6-30二元胺二元胺-9-13多元胺多

32、元胺-2-31陽離子苯乙烯基陽離子苯乙烯基-6+2環(huán)氧基環(huán)氧基-6-39表表3 31 1 不同硅烷偶聯(lián)劑對(duì)環(huán)氧固化體系熱效應(yīng)的影響不同硅烷偶聯(lián)劑對(duì)環(huán)氧固化體系熱效應(yīng)的影響 30g30g樹脂中加樹脂中加5gSiO25gSiO2，SiO2SiO2用用0.50.5硅烷溶液處置。硅烷溶液處置。 偶聯(lián)劑官能團(tuán)對(duì)固化體系熱效應(yīng)及內(nèi)耗峰影響的緣由：偶聯(lián)劑官能團(tuán)對(duì)固化體系熱效應(yīng)及內(nèi)耗峰影響的緣由：1、官能團(tuán)參與反響；、官能團(tuán)參與反響；2、優(yōu)先吸附引起的景象。、優(yōu)先吸附引起的景象。玻璃纖維玻璃纖維玻璃纖維玻璃纖維線性結(jié)合線性結(jié)合網(wǎng)絡(luò)架結(jié)合網(wǎng)絡(luò)架結(jié)合鈦酸酯偶聯(lián)劑鈦酸酯偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑3.4.2.2 3.

33、4.2.2 偶聯(lián)劑分子構(gòu)造及偶聯(lián)構(gòu)造的影響偶聯(lián)劑分子構(gòu)造及偶聯(lián)構(gòu)造的影響 加強(qiáng)體在用不同偶聯(lián)劑處置時(shí)，由于分子構(gòu)加強(qiáng)體在用不同偶聯(lián)劑處置時(shí)，由于分子構(gòu)造的不同，會(huì)影響到粘結(jié)劑對(duì)加強(qiáng)體的浸潤效果，造的不同，會(huì)影響到粘結(jié)劑對(duì)加強(qiáng)體的浸潤效果，也會(huì)影響到復(fù)合體系的流動(dòng)特性。也會(huì)影響到復(fù)合體系的流動(dòng)特性。 圖圖3.13 3.13 偶聯(lián)劑分子構(gòu)造及偶聯(lián)構(gòu)造對(duì)偶聯(lián)劑分子構(gòu)造及偶聯(lián)構(gòu)造對(duì)GFGFUPUP體系體系流變性的影響流變性的影響 植物纖維加強(qiáng)石膏植物纖維加強(qiáng)石膏詳細(xì)實(shí)例：詳細(xì)實(shí)例：玻璃纖維加強(qiáng)石膏玻璃纖維加強(qiáng)石膏3.5 加強(qiáng)體外表特性及對(duì)復(fù)合資料界面結(jié)合的影響加強(qiáng)體外表特性及對(duì)復(fù)合資料界面結(jié)合的影響1

34、、了解加強(qiáng)體外表特性的分類；、了解加強(qiáng)體外表特性的分類；2、掌握加強(qiáng)體外表物理特性及對(duì)界面結(jié)合的影響；、掌握加強(qiáng)體外表物理特性及對(duì)界面結(jié)合的影響；3、掌握加強(qiáng)體外表化學(xué)特性及對(duì)界面結(jié)合的影響；、掌握加強(qiáng)體外表化學(xué)特性及對(duì)界面結(jié)合的影響；4、掌握玻璃纖維的構(gòu)造及反響性。、掌握玻璃纖維的構(gòu)造及反響性。本節(jié)要點(diǎn)本節(jié)要點(diǎn)3.5 加強(qiáng)體的外表特性及對(duì)復(fù)合資料界面結(jié)合的影響加強(qiáng)體的外表特性及對(duì)復(fù)合資料界面結(jié)合的影響 復(fù)合資料根本性能復(fù)合資料根本性能基體資料的性能及含量基體資料的性能及含量加強(qiáng)資料的性能、含量加強(qiáng)資料的性能、含量及分布情況及分布情況界面結(jié)合情況界面結(jié)合情況如何表達(dá)？如何表達(dá)？加強(qiáng)體的外表特性

35、的分類及作用：加強(qiáng)體的外表特性的分類及作用： 1.1.加強(qiáng)體外表的物理特性加強(qiáng)體外表的物理特性; ;3.3.加強(qiáng)體的外表能。加強(qiáng)體的外表能。 2.2.加強(qiáng)體外表的化學(xué)特性加強(qiáng)體外表的化學(xué)特性; ;決議界面粘結(jié)的好壞決議界面粘結(jié)的好壞決議界面粘結(jié)的效果決議界面粘結(jié)的效果判別加強(qiáng)體的活性判別加強(qiáng)體的活性351 加強(qiáng)體外表的物理特性與界面結(jié)合加強(qiáng)體外表的物理特性與界面結(jié)合 物理特性物理特性比外表積比外表積多孔性多孔性極性極性構(gòu)造均一性構(gòu)造均一性結(jié)晶特性結(jié)晶特性3.5.1.1 3.5.1.1 比外表積比外表積 對(duì)界面的影響：是導(dǎo)對(duì)界面的影響：是導(dǎo)致復(fù)合資料中的界面致復(fù)合資料中的界面存在并引起界面效應(yīng)存

36、在并引起界面效應(yīng)的根本所在。的根本所在。普通以為：加強(qiáng)體的比外普通以為：加強(qiáng)體的比外表越大，與基體結(jié)合的物表越大，與基體結(jié)合的物理界面大，對(duì)粘合強(qiáng)度的理界面大，對(duì)粘合強(qiáng)度的奉獻(xiàn)大。當(dāng)然存在浸潤的奉獻(xiàn)大。當(dāng)然存在浸潤的要素。要素。纖維種類纖維種類密度密度（g/cmg/cm3 3）直徑直徑d d（umum）比表面積比表面積（m m2 2/g/g）玻璃纖維玻璃纖維2.502.5010100.160.16硼纖維硼纖維2.702.70101.6101.60.0150.015碳化硅纖維碳化硅纖維3.503.50101.6101.60.0120.012Thornel 50Thornel 501.631.63

37、6.86.80.370.37 3.5.1.2 3.5.1.2 多孔性多孔性主要表達(dá)在加強(qiáng)體外表主要表達(dá)在加強(qiáng)體外表的孔隙或空隙上。的孔隙或空隙上。對(duì)任何加強(qiáng)體：外表對(duì)任何加強(qiáng)體：外表總亦多多少少地存在總亦多多少少地存在部分孔隙；且孔隙中部分孔隙；且孔隙中存在有氣體；存在有氣體；對(duì)界面的影響：部分孔對(duì)界面的影響：部分孔隙能被基體填充，部分隙能被基體填充，部分由于很難完全浸潤，界由于很難完全浸潤，界面結(jié)合不好，成為應(yīng)力面結(jié)合不好，成為應(yīng)力傳送的薄弱環(huán)節(jié)。傳送的薄弱環(huán)節(jié)。不易與樹脂結(jié)不易與樹脂結(jié)合，但易使樹合，但易使樹脂浸透，能使脂浸透，能使纖維間的空隙纖維間的空隙被樹脂填充得被樹脂填充得較為密實(shí)；

38、較為密實(shí)；(a)(b)(c)(d)能與樹脂起較好的機(jī)能與樹脂起較好的機(jī)械結(jié)協(xié)作用，但高粘械結(jié)協(xié)作用，但高粘度的基體有時(shí)很難完度的基體有時(shí)很難完全浸潤其外表，呵斥全浸潤其外表，呵斥很多空隙，成為應(yīng)力很多空隙，成為應(yīng)力傳送的薄弱環(huán)節(jié)。傳送的薄弱環(huán)節(jié)。egeg：極性的基體與極性的加強(qiáng)體有較強(qiáng)的界面結(jié)合，因此：極性的基體與極性的加強(qiáng)體有較強(qiáng)的界面結(jié)合，因此也就有較強(qiáng)的界面結(jié)合強(qiáng)度及復(fù)合資料強(qiáng)度。也就有較強(qiáng)的界面結(jié)合強(qiáng)度及復(fù)合資料強(qiáng)度。極性的取決要素：極性的取決要素：加強(qiáng)體的分子構(gòu)造、物質(zhì)構(gòu)造及外場(chǎng)的作用。加強(qiáng)體的分子構(gòu)造、物質(zhì)構(gòu)造及外場(chǎng)的作用。3.5.1.3 3.5.1.3 加強(qiáng)體外表的極性加強(qiáng)體外表

39、的極性分布均勻：界面結(jié)合均勻、完善；分布均勻：界面結(jié)合均勻、完善；分布不均：在界面部分構(gòu)成缺陷，構(gòu)成弱界面。分布不均：在界面部分構(gòu)成缺陷，構(gòu)成弱界面。 均一性的本質(zhì)：均一性的本質(zhì)：是指加強(qiáng)體外表的活性點(diǎn)分布的均一性，是指加強(qiáng)體外表的活性點(diǎn)分布的均一性，包括物理活性點(diǎn)及化學(xué)活性點(diǎn)。包括物理活性點(diǎn)及化學(xué)活性點(diǎn)。3.5.1.4 3.5.1.4 加強(qiáng)體外表的均一性加強(qiáng)體外表的均一性影響界面結(jié)合效果影響界面結(jié)合效果3.5.1.5 3.5.1.5 加強(qiáng)體外表的結(jié)晶特性加強(qiáng)體外表的結(jié)晶特性結(jié)晶特性：包括外表的結(jié)晶程度及晶體分布形結(jié)晶特性：包括外表的結(jié)晶程度及晶體分布形狀。狀。產(chǎn)生影響：影響復(fù)合資料的界面作用

40、和資料性產(chǎn)生影響：影響復(fù)合資料的界面作用和資料性能。能。圖圖3.14 3.14 高彈性碳纖維高彈性碳纖維PANPAN基的構(gòu)造基的構(gòu)造碳纖維外表晶碳纖維外表晶格陳列平行于格陳列平行于纖維外表纖維外表近似平行于纖近似平行于纖維軸向維軸向Eg:碳纖維碳纖維含碳量高的高度交聯(lián)的聚含碳量高的高度交聯(lián)的聚合物經(jīng)過固相熱裂解制成合物經(jīng)過固相熱裂解制成的。實(shí)踐上是純碳。的。實(shí)踐上是純碳。熱裂解時(shí)，其他元素被排熱裂解時(shí)，其他元素被排出，構(gòu)成石墨晶格構(gòu)造。出，構(gòu)成石墨晶格構(gòu)造。熱裂解時(shí)，施加張力，碳熱裂解時(shí)，施加張力，碳纖維軸向取向。纖維軸向取向。外表晶體越小外表晶體越小外表積就越大，外表積就越大，添加與基體的添

41、加與基體的粘結(jié)面。粘結(jié)面。3 35 52 2 加強(qiáng)體外表的化學(xué)特性與界面結(jié)合加強(qiáng)體外表的化學(xué)特性與界面結(jié)合化學(xué)特性化學(xué)特性外表化學(xué)組成和構(gòu)造外表化學(xué)組成和構(gòu)造外表的反響特性外表的反響特性加強(qiáng)體是加強(qiáng)體是否要進(jìn)展否要進(jìn)展外表處置外表處置加強(qiáng)體與加強(qiáng)體與基體能否基體能否構(gòu)成化學(xué)構(gòu)成化學(xué)結(jié)合結(jié)合能否易與能否易與環(huán)境接觸環(huán)境接觸反響而影反響而影響資料性響資料性能的穩(wěn)定能的穩(wěn)定重要性重要性3.5.2.1 3.5.2.1 玻璃纖維的外表化學(xué)組成玻璃纖維的外表化學(xué)組成留意：纖維整體的化學(xué)組成與外表的化學(xué)組成通常留意：纖維整體的化學(xué)組成與外表的化學(xué)組成通常不同。不同。 整體含有整體含有Si、O、Al、Ca、M

42、g、B、F、Na等元素。等元素。外表僅有外表僅有Si、O、Al等如今的等如今的EPS能譜能譜分析幾乎可以測(cè)出分析幾乎可以測(cè)出一切元素。一切元素。以以E-E-玻璃纖維為例：玻璃纖維為例：2點(diǎn)：Elmt Spect Type. Element % Atomic % O K ED 39.20 58.67 Al K ED 6.73 5.98 Si K ED 42.87 30.97 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(diǎn)：Elmt Spect Type. E

43、lement % Atomic %C K ED 10.34 15.39 O K ED 61.00 68.16 Al K ED 14.54 9.63 Si K ED 1.86 1.18 S K ED 1.97 1.10 CaK ED 9.77 4.36 Ti K ED 0.11 0.04 FeK ED 0.41 0.13 Total 100.00 100.00 三度空間的不三度空間的不規(guī)那么延續(xù)網(wǎng)規(guī)那么延續(xù)網(wǎng)絡(luò)多面體絡(luò)多面體所構(gòu)成所構(gòu)成3.5.2.2 3.5.2.2 玻璃纖維的構(gòu)造及反響性玻璃纖維的構(gòu)造及反響性 構(gòu)造：與塊狀玻璃具有類似的構(gòu)造。構(gòu)造：與塊狀玻璃具有類似的構(gòu)造。反響性？反響性？O

44、NaCaSi 1、多面體中心：電荷多、半、多面體中心：電荷多、半徑小的陽離子；周圍有陰離子，徑小的陽離子；周圍有陰離子，相互作用。可以以為內(nèi)部這些相互作用。可以以為內(nèi)部這些作用力是處于平衡形狀；作用力是處于平衡形狀；2、外表情況：陽離子在該處、外表情況：陽離子在該處不能獲得所需求數(shù)量的氧離子，不能獲得所需求數(shù)量的氧離子，產(chǎn)生外表張力，當(dāng)處于力的不產(chǎn)生外表張力，當(dāng)處于力的不平衡形狀時(shí)，就有吸附外界物平衡形狀時(shí)，就有吸附外界物質(zhì)的傾向。質(zhì)的傾向。3、研討闡明：非、研討闡明：非SiO2成分的成分的存在使玻璃外表形狀與性質(zhì)突存在使玻璃外表形狀與性質(zhì)突出地表現(xiàn)為吸濕性。出地表現(xiàn)為吸濕性。OHDOHSiOHODSi2式中式中D代表堿金屬代表堿金屬OSiOHSiOHSiOSiOHOHSiOHOSi2吸附水與玻璃纖維中的堿金屬或堿土金屬反響：吸附水與玻璃纖維中的堿金屬或堿土金屬反響：堿性堿性SiO2骨架破壞骨架破壞繼續(xù)與水反響繼續(xù)與水反響 由于吸附水的作用，玻纖外表帶有由于吸