第六章幾種纖維增強樹脂復合材料表面與界面第一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1.復合材料按基體分類金屬基復合材料無機非金屬基復合材料：陶瓷基、水泥基、玻璃基聚合物基復合材料熱塑性聚合物基：PP、PE、尼龍、PVC

熱固性聚合物基：不飽和聚酯、環氧樹脂、酚醛樹脂等6.1纖維與樹脂簡介第二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日聚合物（樹脂）基復合材料:由玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、晶須、顆粒等與熱固性、熱塑性樹脂組成的基體組成的復合材料。

比強度、比模量高、熱膨脹系數小、耐磨性、阻尼性好。廣泛用于航空、航天、建筑、化工、機械、電子、體育等。第三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2.復合材料中的增強材料

1增強纖維：（1）

璃纖維：（2）碳纖維：（3）硼纖維（4）芳綸纖維（Kevler纖維）（5）陶瓷纖維Al2O3

、SiC、Si3N4

、WC、TiC、B4C和石墨等第四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1玻璃纖維概述

玻璃纖維增強塑料，俗稱玻璃鋼，有玻璃纖維和基體樹脂組成。玻璃纖維賦予復合材料強度和剛度，基體則對復合材料的壓縮強度、彎曲強度、剪切、耐輻射、耐腐蝕、電性能等密切相關6.2

玻璃纖維增強樹脂第五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2.玻璃纖維的結構和組成玻璃是由硅氧原子為主組成的不規則網絡，網絡間存在空穴，空穴中填充著Na＋，K＋、Ca2＋、Mg2＋等金屬離子。其結構如圖：第六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日玻纖拉制過程示意圖浸潤劑:

紡織型浸潤劑石蠟，必須除去。增強型浸潤劑：第七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日骨架氧化物：二氧化硅、三氧化二硼改性氧化物：氧化鈣、三氧化二鋁等；助熔氧化物：氧化鈉等第八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日常用玻纖無堿E玻纖：含堿性氧化物小于0.5％；中堿A玻纖：含堿金屬氧化物11.5~12.5%.第九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日玻璃纖維的物理性能“凍結的液體”：各向同性，無固定熔點，近程有序，遠程無序；光滑的圓柱體，直徑5～20μm

密度2.4~2.7g/cm3.；拉伸強度1500～4000MPa，直徑越細，強度越高。模量7×104，只有鋼鐵的1/3.第十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日玻璃纖維的化學性能E玻纖耐水性優于A玻纖，A玻纖耐酸性優于E玻纖。玻纖直徑越小，化學穩定性越差第十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日玻纖表面有很強的吸水性吸附的水可是多分子層的第十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日玻纖不耐堿，在堿作用下玻纖骨架破壞第十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1.偶聯劑偶聯劑是分子中含有兩種不同性質基團的化合物其中一種基團可與增強材料發生化學或物理的作用。另一種基團可與基體發生化學或物理作用。通過偶聯劑的偶聯作用，使基體與增強材料實現良好的界面結合。玻璃纖維表面改性第十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1)有機硅烷偶聯劑通式：

RnSiX4-nR為有機基團，X為可水解基團，n＝1～4；若n＝1，則通式為：

RSiX3X可以是烷氧基團：

CH3O-,CH3CH2O-在偶聯反應過程程中析放出甲醇或乙醇。第十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日硅烷偶聯劑作用機理（a）X基團水解，形成硅醇：XSiR+3H

OHOSiR+3HXXXOHOH2第十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（b）硅醇的硅羥基之間以及硅醇硅羥基與玻纖表面硅羥基之間形成氫鍵。第十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（c）硅羥基之間脫水形成-Si-O-Si-鍵。硅烷偶聯劑與玻纖表面以

Si－O－Si化學鍵結合，同時在玻纖表面縮聚成膜，形成了有機R基團朝外的結構，如圖。第十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日硅烷偶聯劑處理玻璃纖維表面的反應過程硅烷偶聯劑處理玻璃纖維通常經歷以下四個階段：

(1)開始時在偶聯劑Si上的三個不穩定X一基團發生水解；

(2)縮合成低聚體；

(3)然后這些低聚體與基質表面上的-OH形成氫鍵；

(4)最后干燥或固化過程，與基質表面形成共價鍵和伴隨著少量的水。第十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

界面模型M—O—Si—M—O—Si—M—O—Si—M—O—Si—M—O—Si—M—O—Si—無機介質——偶聯劑——高聚物化學鍵連接界面擴散界面層第二十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1)基質表面區域反應數目

2)有機硅烷偶聯劑的類型有關3)玻璃纖維/樹脂復合有良好的性能，選擇合理的堿反應、互穿網絡的形成和共價鍵形成等。偶聯劑提高樹脂的粘結強度與下列因素有關：潤濕性、表面能、邊界層吸附、極性吸附、酸－堿反應、網絡的形成和共價鍵等

有機硅烷偶聯劑結構對復合材料性能的影響設計理想的界面粘結狀態要求：（1）估計纖維和樹脂各自對各種偶聯劑的敏感性。第二十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日a.偶聯劑有三個可水解的基團，形成硬度較大的、且親水性較高的界面區域；b.帶有一個可水解基團的硅烷偶聯劑可形成較大憎水性的界面區域；c.帶有二個可水解基團的硅烷偶聯劑可形成硬度較小的界面區域（2）控制有機硅烷偶聯劑上可水解的X基團的數目.

RSiX3第二十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日a.有機硅烷R-基團中帶有極性基團（-NH2,-OH,-SH等）處理后的玻璃纖維的表面能高;極性分子有較強的取向作用和色散作用b.R-基團帶有不飽和的雙鍵，則處理后的玻璃纖維具有中等地表面能;-電子的移動性而呈現出一定的極性c.R-基團帶有不含極性的飽和鏈烴則處理后的玻璃纖維具有低的表面能非極性分子只有色散作用，沒有取向作用和誘導作用

d.帶長鏈烴基比用帶短鏈烴基的硅烷偶聯劑處理后的玻璃纖維的表面能較高。

（3）有機硅烷R-基團的影響

RSiX3第二十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日幾種常用的硅烷偶聯劑A151乙烯基三乙氧基硅烷A172乙烯基三（β－甲氧乙氧基硅烷）A174、KH570γ－甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷2CH=CCO(CH)Si(OCH)CHO33332第二十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日A1100（KH550）γ－胺丙基三乙氧基硅烷A1120（KH843）胺乙基胺丙基三甲氧基硅烷A187（KH560）γ－縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷HN(CH)3

Si(OC2H5)322第二十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日新型硅烷偶聯劑a）疊氮硅烷偶聯劑

N3SO2—RSi（OCH3）3疊氮基的特點是可以與碳氫鍵發生反應：第二十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日c)過氧化型硅烷偶聯劑R-O-O-R’－SiX3通過X基團的水解，可在增強材料上引入過氧基：過氧基的熱裂解在增強劑表面產生自由基，引發乙烯基單體聚合，在增強劑表面接枝上聚合物：第二十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2有機鉻偶聯劑通式：R：CH3－C＝CH2，稱為“沃蘭”。第二十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日作用機理第二十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3)鈦酸酯類偶聯劑（a）單烷氧基類鈦酸酯：R一般為異丙基第三十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日異丙基三異硬脂酰基鈦酸酯（TTS）異丙基三（二辛基磷酸酯）鈦酸酯（TTOP－12）異丙基三（二辛基焦磷酸酯）鈦酸酯（TTOPP－38）第三十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日單烷氧基鈦酸酯與增強體表面反應機理第三十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（b）螯合型鈦酸酯如雙（二辛基焦磷酸酯）氧乙酸酯鈦酸酯（138S）其對與增強體表面作用的機理為第三十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（c）配位型(RO)4Ti(-X-R’)2第三十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日聚合物基體簡介1.不飽和聚酯不飽和聚酯樹脂是由飽和二元酸(或酸酐)，不飽和二元酸（或酸酐）與多元醇縮聚而成的聚酯在乙烯基單體（如苯乙烯）中的溶液。第三十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日第三十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日多元醇交聯劑第三十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日多元酸（酸酐）與多元醇縮聚，形成主鏈含有雙鍵的聚酯：第三十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日在引發劑的存在下，不飽和聚酯中的雙鍵與苯乙烯發生自由基共聚反應，交聯成三元網狀結構過氧化物引發劑：

BPO過氧化甲乙酮過氧化環己酮氧化－還原引發體系：

BPO－N，N-二甲基苯胺過氧化甲乙酮－環烷酸鈷過氧化環己酮－環烷酸鈷第三十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2.環氧樹脂環氧樹脂是指分子結構中含有2個或2個以上環氧基的化合物。環氧基可在分子鏈末端，也可在分子鏈的中間。第四十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日玻璃纖維的新應用1）環保領域；2）能源電子領域3)生物醫藥第四十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3.酚醛樹脂由酚類和醛類合成的樹脂。酚類一般是苯酚，醛類主要是甲醛。熱固性酚醛樹脂：以堿為催化劑，甲醛/苯酚摩爾比大于1，反應到一定階段停止，加熱固化。熱塑性酚醛樹脂：以酸為催化劑，甲醛/苯酚摩爾比小于1，加入六次甲基四胺等固化劑材能固化。廣泛應用于防腐蝕工程、膠粘劑、阻燃材料、砂輪片制造等行業第四十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日先進復合材料的界面鋼鐵材料高強、高模，但密度大，易銹蝕。陶瓷材料耐高溫、高強，但性脆；玻纖增強塑料強度高，比重輕，但模量不足。因此近年來一直在開發高性能的先進復合材料6.3碳纖維增強樹脂第四十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1高性能增強纖維

1)碳纖維高強度、高模量、耐高溫和低比重的“三高一低的特性。碳纖維具有耐高溫2000℃以上，仍能保持強度的唯一材料，高比強度、高比模量、熱膨脹系數最小、尺寸外急定性好、耐于化學腐蝕，并有導熱和導電等系列的綜合性能，故碳纖維及共復合材料在航空、航天等尖端技術領域具有特別重要意義金剛石的熔點是3550℃,石墨的熔點是3652℃～3697℃(升華)碳纖維增強塑料

第四十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日碳纖維的性能物理性能密度：1.5～2.0熱膨脹系數：小，平行纖維方向有小的負值摩擦系數小，具有潤滑性具有導電、導熱性。碳纖維紅外電熱線是一種節能型電熱線

碳纖維導電混凝土

石墨炸彈內部碳纖維絲可造成電網破壞

第四十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日力學性能石墨理論強度180GPa，碳纖維3GPa，最高不超過10GPa。模量：200～400GPa強度和模量與纖維熱處理溫度有關。第四十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日碳纖維的耐化學腐蝕性吸水率低耐酸、耐堿、耐化學藥品優良的熱穩定性，在惰性氣氛中1000～2000℃強度也不下降。第四十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日按性能分類高強度碳纖維（HS）高模量碳纖維（HM）普通碳纖維石墨纖維第四十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（左）石墨纖維二維結構模型（右）高強度碳纖維三維結構模型第四十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日碳纖維的制備

圖碳纖維制備過程示意圖碳纖維的分類按原料分類：

聚丙烯腈（PAN）系碳纖維

瀝青系碳纖維粘膠系碳纖維其他有機纖維系碳纖維

第五十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日碳纖維制備過程中可能的反應第五十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日媒體爆料：一名叫張明順的中國公民涉嫌走私大量M60JB碳纖維，后在美國被捕我國首條T800碳纖維生產線投運我們的T800碳纖維生產線從原絲到技術均為自主研發，而且包括穩定性在內的各項產品性能指標完全可以比肩日本東麗公司同類產品。現在，生產線的開工負荷已提升到90%，5個月來累計產出成品500千克，合格率達到90%以上。”7月16日，江蘇航科復合材料科技有限公司總經理聲稱第五十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日碳纖維的缺點脆性，斷裂延伸率低。斷裂前沒有前兆。復合材料界面結合差高溫下易氧化碳纖維與基體作用力弱第五十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日碳纖維的表面處理表面處理的作用：消除表面雜質;增大比表面積；增大表面能，提高對基體樹脂的潤濕性；引進反應性官能團，與基體形成化學鍵；形成界面過渡區。第五十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（1）表面清潔處理在惰性氣氛中加熱到一定溫度保溫，清除纖維表面吸附的水分和雜質。第五十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

高溫清潔處理CFRP的性能表面處理比表面積表面特性短梁剪切強度（m2/g)MPa

未處理0.87中性，表面污染

28.1

N2，1200℃2.3中性，清潔73.5硝酸回流8h5.7酸性，清潔71.2第五十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2）表面氧化處理a)氣相氧化處理加熱下用空氣、氧氣、臭氧、二氧化碳及等離子等處理碳纖維，使纖維表面產生含氧基團。優點：設備簡單，反應時間短，易連續化；缺點：反應難控制，重復性差，纖維損傷大。加入少量金屬雜質，如銅、鉛等，可控制催化氧化，防止過度刻蝕纖維。第五十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（b）液相氧化法用液態氧化劑進行氧化；采用含氧酸溶液氧化法如：HN03、NaClO3+H2SO4、K2Cr207+H2S04、KMn04+NaN03+H2S04、Nal04等優點：氧化效果好，對纖維損傷小；缺點：處理時間長，難連續化，有廢酸處理問題。第五十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日硝酸對碳纖維進行氧化處理

硝酸濃度越大，表面生成的羧基濃度越高，硝酸濃度應在60%以上。圖硝酸處理碳纖維（WYB85/12）表面羧基濃度的變化第五十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日圖硝酸處理時間與表面氧化物濃度的關系第六十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日表處理介質對處理效果的影響

介質ILSS(MPa)

高錳酸鉀10.38

濃硫酸10.98

過硫酸銨14.10

鉻酸>15

未處理5～6第六十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（c）陽極氧化法以碳纖維為陽極，用電解產生的新生氧對碳纖維進行氧化。操作簡便，易控制，可連續化，已工業化；有活性衰退現象；第六十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日表面放電生成新生態氧繼而使其氧化，生成羥基、羧基等含氧官能團。同時碳纖維也會受到一定程度的刻蝕。電解質種類不同，氧化刻蝕的歷程也不同第六十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日表陽極氧化對CFRP層間剪切強度的影響

電解液處理時間層間剪切強度（min)

（MPa)

－053.3HNO3185.1NaOH2.592.1第六十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3）低溫等離子處理對纖維損傷小；處理效果好；無三廢問題；須高真空，難連續化。第六十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日氧氣為例說明等離子組成第六十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日低溫等離子體的產生方式氣體放電等離子體

（電場作用加速荷電粒子導致電離）

1）低氣壓放電：直流輝光放電高頻放電（微波、射頻）

2）高氣壓放電：直流弧光放電(~LTE)

電暈放電(NTE)

介質阻擋放電(NTE)2.熱致電離等離子體

(高平動能原子、分子碰撞導致電離)

高溫燃燒、爆炸、擊波3.輻射電離等離子體

（光電離）

X-射線、紫外光等第六十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日電暈層外區（暗區）電暈放電形成條件:

二電極曲率半徑相差懸殊(線筒、線板、針板）特點：1.高氣壓(105-106Pa)高電壓降(103-105V)低電流密度

(10-3-10-6A/cm2)4.Te>>Ti

Tg

102°K

電暈層筒狀電極線電極第六十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日介質阻擋放電Commondielectric-barrierdischargeelectrodeconfigurationsplanarandcylindricaldielectric-barrierdischarges第六十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日介質阻擋放電形成條件:二電極間有絕緣介質存在交變電場特點：1.高氣壓(105-106Pa)高電壓降(103-105V)低電流密度

(10-2-10-3A/cm2)Te>>TiTg

102°K

HV（a.c.)第七十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日低溫等離子處理1)通過等離子的UV輻射使纖維在紡絲過程中形成的表面弱結合層交聯,從而提高PE表面內聚強度。2)等離子處理使纖維表面產生了羥基，羧基，酯鍵和羰基等活性基團，有利于纖維基體樹脂的化學結合。3)等離子處理可提高纖維的表面能，有利于基體樹脂對纖維的浸潤。4)處理后纖維表面形成溝槽，表面粗糙度提高，有利于基體的機械錨合。第七十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日表碳纖維表面含氧基團量與處理時間關系處理時間羧基量羰基量羥基量酯鍵量

min％％％％

03.46.416.5310.418.825.1614.720.127.3910.517.921.88.01211.316.622.48.31511.917.222.18.5第七十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日產生各種含氧的活性官能團，如羧基(一C00H)、羥基(一OH)、羰基(C＝0)、、醚基(一O—)、內酯基等碳纖維經過氧化處理化學效應物理效應改變碳纖維表面的表面積結晶大小表面形態和表面能碳纖維經過氧化處理后，使其表面出現化學效應和物理效應第七十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日碳纖維表面的含氧活性基團可以被進一步接枝上具有不同性能的高聚合物

第七十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日（2）使纖維／樹脂復合材料不僅具備較高的層間剪切強度，而且大大提高其抗沖擊韌性及抗水性能（3）借助選擇接枝-主聚物大分子的組分和鏈的構型，可以提高復合材料的其它機械性能(抗彎強度、抗沖擊強度)或防止碳纖維復合材料燃燒破壞時發生飄散的碳纖維碎片所造成的公害。(1)碳纖維氧化表面處后其表面形成的-COOH或-OH含氧基團可進一步與含有OH、一COOH、NH2等官能閉的化合物進行(縮聚反應、加成．偶極一偶極反應等)接枝反應4）引入的彈性鏈段可以減弱界面應力。第七十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日4)表面涂層法a）涂層可保護纖維免受損傷，提高纖維的集束性，有利于發揮纖維的強度；b）涂層可改變纖維表面性能，提高纖維對基體樹脂的浸潤性；c）涂層中若有反應性官能團則有助于纖維表面與基體樹脂的化學結合；d）涂層可保護表面處理后纖維表面活性的消失

有機物涂層：電聚合涂層、等離子體接技聚合涂層及化學接枝反應等；無機物涂層：采用溶液-還原法形成碳涂層、化學氣相沉積法形成碳、FeC或SiC涂層、或形成SiC晶須第七十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日表碳纖維表面涂層的處理效果涂層物σc(MPa)ILSS(MPa)Wa(mJ/m2)未涂層30.59.7091CF＋E51環氧4013.04109聚乙烯醇縮丁醛3512.74101AG80＋甲基醚唑459.4299剪切強度ILSS提高35％第七十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日表面沉積無機物（CVD）CVD過程的化學反應：熱分解：CH4C+2H2氫還原：

SiCl4

＋2H2Si＋4HCl加熱表面沉積碳生長硅晶體第七十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

以碳纖維為陽極或陰極，在電解質溶液中使乙烯基單體聚合在碳纖維表面上電解液：10％丙烯酸加0.1M的硫酸溶液

電聚合水洗烘干浸膠纏繞碳纖維

電聚合處理第七十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

碳纖維增強復合材料的界面模型交聯密度是PU-I>pu>PU—M

Polyurethane第八十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日6.4有機纖維增強樹脂第八十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日Kevlar纖維的“皮-芯”結構模型圖皮層是剛性大分子鏈伸直呈現為棒狀，緊密排列，沿軸向成纖維狀結構；芯部沿軸向較松散排列的串晶聚集體組成。第八十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日UHMWPE、UHMPE、

UHSPE相對分子質量：（1～5）×106高度結晶、高度取向是一種高分子化合物，很難加工，并且具有超強的耐磨性、自潤滑性，強度比較高、化學性質穩定、抗老化性能強第八十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日有機纖維不足之處表面惰性，表面能低；復合材料界面結合差，層間剪切強度低。第八十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日1)芳綸纖維等離子處理

表Kevlar纖維等離子處理效果處理氣氛接觸角（度）表面能（J/m2)

表面元素含量（％）ILSS

水乙二醇σsCNOMPa未處理70.047.234.0587.6910.521.7846.0空氣，60s64.640.836.0780.8617.241.9053.9空氣，600s56.832.043.7672.2923.584.1357.7空氣＋丙烯腈57.733.543.0171.1321.137.69－空氣＋丙烯酰胺58.533.842.4880.519.3310.281.2第八十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

等離子處理時間對UHMWPE纖維ILSS的影響處理時間（min）ILSS（MPa）

116.0316.3417.4518.1815.3第八十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

等離子處理前后

UHMWPE/環氧復合材料的性能未處理等離子處理纖維含量（％）5651

彎曲強度（MPa）146234

彎曲模量（MPa）2028

單絲拔出強度（MPa）0.542.56第八十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2)表面接枝

化學接枝芳綸在二甲亞砜溶劑中與NaH形成離子化物，再與RX反應第八十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日優點：輻照與接枝過程同時進行，操作比較簡便。缺點：體系在發生接枝聚合的同時也會發生單體的均聚反應，降低了接枝效率，而且生成的均聚物粘附在基材上，去除困難。3)輻照處理第八十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3)芳綸表面涂層聚氨酯彈性體Kevlar纖維彈性體異氰酸酯第九十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日設計纖維增強型樹脂復合材料其它考慮的因素：1）復合材料樹脂基體的斷裂伸長率應為纖維斷裂伸長率的2—3倍為宜2）纖維和樹脂復合過程界面的充分接觸和浸潤，以及復合材料的界面效應不僅與纖維表面狀態特征有關，而且與樹脂本身的特性密切相關（3）樹脂的結構(線型的或交聯的、無定形的或結晶型的、混雜樹脂基體如物理共混或互穿高聚物網絡工PN或熱塑性一熱固性樹脂的半互穿高聚物網絡SIPN等)和力學性能(抗張強度和模量及延伸率等)及熱性能(熱膨脹系數及玻璃化轉變溫度、熔融粘度等)都將影響復合材料的界面的性能和破壞機理。第九十一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日纖維增強復合材料的強度和剛性與纖維方向密切相關。纖維無規排列時，能獲得基本各向同性的復合材料。均一方向的纖維使材料具有明顯的各向異性。纖維采用正交編織，相互垂直的方向均具有好的性能。纖維采用三維編織，可獲得各方向力學性能均優的材料。

纖維在基體中的不同分布方式第九十二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日第九十三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日6.5纖維增強陶瓷復合材料陶瓷材料耐熱、耐磨、耐蝕、抗氧化，但韌性低、難加工。在陶瓷材料中加入纖維增強，能大幅度提高強度，改善韌性，并提高使用溫度。陶瓷中增韌纖維受外力作用，因拔出而消耗能量，耗能越多材料韌性越好。C/C復合材料Si/Si復合材料第九十四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日陶瓷基復合材料:

由碳纖維、碳化硅纖維、晶須、金屬絲與陶瓷基體組成的復合材料。耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、耐磨，但存在嚴重的脆性。纖維、晶須、金屬絲與陶瓷基體的復合，在于改善陶瓷材料的韌性。用于發動機、高性能燃氣輪機，提高熱機效率。陶瓷刀具。6.5纖維增強陶瓷基復合材料的界面

噴氣發動機燃燒室內燃燒區的溫度高達1800～2000℃第九十五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日增強纖維氧化物系列：Al2O3非氧化物：SiCSi3N4WCTiCB4C碳纖維金屬纖維：WMoTa合金絲等基體玻璃及玻璃陶瓷基體（鈣呂硅酸鹽；硼硅酸鹽等氧化物基體（氧化鋁、氧化鋯等）非氧化物（SiC、Si3N4等）第九十六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日纖維增強陶瓷基復合材料(ａ)和單相陶瓷(ｂ)的應力應變曲線示意圖纖維增強陶瓷基復合材料斷裂過程示意圖陶瓷基復合材料的破壞過程大致可分為三個階段:1.第一個階段為ＯＡ段。在此階段，應力水平較低,復合材料處于線彈性狀態。當應力達到Ａ點時，由于基體所受應力超過基體極限強度,基體出現裂紋,使復合材料的應力應變曲線開始與線性偏離。纖維增強陶瓷基復合材料增韌增強機制第九十七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2.第二個階段為ＡＢ段。隨著應力的提高,基體裂紋越來越大。當應力達到Ｂ點后,復合材料內纖維開始斷裂,Ｂ點應力即為復合材料的極限強度。3.第三個階段為ＢＣ段。此階段對應于纖維脫粘、纖維斷裂和纖維拔出等過程，基體開裂、基體裂紋逐漸向纖維與基體間界面擴展、應力在基體中的傳播、界面的形變、纖維脫粘、纖維斷裂和纖維拔出等復雜過程吸收大量外在能量，從而達到增韌增強目的。第九十八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

1)界面的粘結形式

2)界面的作用

3)界面性能的改善2.陶瓷基復合材料的界面第九十九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

對于陶瓷基復合材料來講，界面的粘結形式主要有兩種：

(1)機械粘結

(2)化學粘結1)界面的粘結形式第一百頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日由于陶瓷基復合材料往往是在高溫條件下制備，而且往往在高溫環境中工作，因此增強體與陶瓷之間容易發生化學反應形成化學粘結的界面層或反應層。若基體與增強體之間不發生反應或控制它們之間發生反應，那么當從高溫冷卻下來時，陶瓷的收縮大于增強體，由于收縮而產生的徑向壓應力r

與界面剪應力有關：第一百零一頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日＝r式中，是摩擦系數，一般為0.1~0.6。此外，基體在高溫時呈現為液體(或粘性體)，它也可滲入或浸入纖維表面的縫隙等缺陷處，冷卻后形成機械結合。第一百零二頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

實際上，高溫下原子的活性增大，原子的擴散速度較室溫大的多，由于增強體與陶瓷基體的原子擴散，在界面上更易形成固溶體和化合物。

此時，增強體與基體之間的界面是具有一定厚度的界面反應區，它與基體和增強體都能較好的結合，但通常是脆性的。例如Al2O3/SiO2系中會發生反應形成強的化學鍵結合。第一百零三頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日2、界面的作用對于陶瓷基復合材料來講，界面粘結性能影響陶瓷基體和復合材料的斷裂行為。對于陶瓷基復合材料的界面來說，一方面應強到足以傳遞軸向載荷，并具有高的橫向強度；第一百零四頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日另一方面，陶瓷基復合材料的界面要弱到足以沿界面發生橫向裂紋及裂紋偏轉直到纖維的拔出。因此，陶瓷基復合材料界面要有一個最佳的界面強度。第一百零五頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

強的界面粘結往往導致脆性破壞，如下圖(a)所示，裂紋可以在復合材料的任一部位形成，并迅速擴展至復合材料的橫截面，導致平面斷裂。纖維基體(a)強界面結合第一百零六頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日平面斷裂主要是由于纖維的彈性模量不是大大高于基體，因此在斷裂過程中，強的界面結合不產生額外的能量消耗。第一百零七頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日若界面結合較弱，當基體中的裂紋擴展至纖維時，將導致界面脫粘，其后裂紋發生偏轉、裂紋搭橋、纖維斷裂以致最后纖維拔出(圖b)。(b)弱界面結合第一百零八頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日a不良結合b結合適中c結合稍強d結合過強C/AlMMC不同結合狀態下的斷口形貌

第一百零九頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日

裂紋的偏轉、搭橋、斷裂以致最后纖維拔出等，這些過程都要吸收能量，從而提高復合材料的斷裂韌性，避免了突然的脆性失效。第一百一十頁，共一百二十六頁，2022年，8月28日3、界面性能的改善為獲得最佳的界面結合強度