2、界面層的作用機理簡介

    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)合材料界面作用機理主要有以下幾種理論：

    2.1機械粘結(jié)理論

機械粘結(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)生機械性的互鎖現(xiàn)象，而此種粘接作用的強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，通過官能團的反應(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，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體之間的界面層，它能起到平均傳遞應(yīng)力的作用。

    2.4擴散理論

    擴散理論是由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散所致，即兩相的分子鏈互相擴散、滲透、纏結(jié)而形成界面層，從而有利于提高界面粘結(jié)強度。擴散理論有很大局限性，例如，高聚物粘結(jié)劑與無機物之間顯然不會發(fā)生界面擴散問題。

    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)強度的影響。

    2.6摩擦理論

    摩擦理論認(rèn)為，基體與增強材料界面的形成完全是由于摩擦作用，基體與增強材料間的摩擦系數(shù)決定了復(fù)合材料的強度。處理劑的作用在于增加了基體與增強材料間的摩擦系數(shù)，從而使復(fù)合材料的強度提高。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)浸入后強度下降，干燥后強度又能部分恢復(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，故強度降低。干燥后界面水分減少，基體與增強材料間的摩擦因數(shù)增大，傳遞應(yīng)力的能力增加，故強度部分恢復(fù)。

    復(fù)合材料的基體與增強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環(huán)氧樹脂界面性能研究

    3.1氨水改性碳纖維及其增強環(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歸功于纖維表面粗糙度的增大和纖維表面極性官能團的增多這兩個因素。在對纖維進行表面處理時，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行分別研究。