增强材料的表面处理_六_
六价铬钝化 三价铬钝化 无铬钝化
六价铬钝化三价铬钝化无铬钝化一、六价铬钝化六价铬钝化是一种表面处理方法，适用于不锈钢，铬镍钢及一些铸铁及铜合金等材料，通过对表面形成一层具有一定透氧性的覆盖膜，减缓金属材料的腐蚀速度。
六价铬钝化的工艺较为成熟，处理后的材料表面光洁度好，具有较强的耐蚀性。
六价铬钝化能够达到以下效果：1.提高不锈钢的耐腐蚀性能，使金属表面获得更强的抗腐蚀性；2.六价铬钝化层颜色均匀且美观，可以在表面形成一层具有一定透氧性的覆盖膜；3.减缓金属材料的腐蚀速度，延长材料的使用寿命。
但六价铬钝化也存在一些问题：1.处理过程较为复杂，需要专业的设备和工艺；2.六价铬钝化液对环境和人体有一定的危害，需要严格控制。
二、三价铬钝化三价铬钝化技术是利用三价铬生成活化膜为金属材料表面提供耐腐蚀保护的一种表面处理方法。
与六价铬钝化相比，三价铬钝化工艺更加环保，对人体和环境的危害更小。
三价铬钝化相较于六价铬钝化，可以减少对环境的污染，是目前广泛应用的一种防锈方式。
三价铬钝化具有以下优点：1.具有较强的耐蚀性，能有效地减缓腐蚀速度；2.符合环保要求，对环境和人体的危害较小；3.能够提高材料的使用寿命，延长产品的寿命。
但也需要注意的是，三价铬钝化还有待改进的地方：1.处理效果相对六价铬钝化略有差异，对一些特殊情况需要特殊处理；2.处理成本相对较高，需要经过一定的投入。
三、无铬钝化无铬钝化是一种新型的环保钝化技术，主要通过对金属材料表面进行特殊处理，形成覆盖膜以达到耐蚀的效果。
无铬钝化技术在未来被认为是一种趋势。
无铬钝化技术遵循“无污染、无危害、无排放”的理念，可以有效地减少对环境和人体的危害。
无铬钝化的优势在于：1.符合环保要求，对环境和人体的危害极小；2.具有良好的防腐蚀性能，能够保护材料表面不受氧化和腐蚀。
不过，无铬钝化技术也存在一些问题：1.目前技术还不够成熟，需要不断改进和完善；2.处理成本相对较高，仍然需要进一步降低。
结语六价铬钝化、三价铬钝化和无铬钝化各有优缺点。
聚合物基复合材料的性能优化
聚合物基复合材料的性能优化在现代材料科学的领域中，聚合物基复合材料凭借其优异的性能，如高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性和抗疲劳性等，已在航空航天、汽车、电子、建筑等众多行业中得到了广泛的应用。
然而，为了满足日益苛刻的应用需求，进一步优化聚合物基复合材料的性能成为了研究的重点。
聚合物基复合材料是由聚合物基体和增强材料组成的多相体系。
常见的聚合物基体包括环氧树脂、聚酯树脂、聚乙烯、聚丙烯等，而增强材料则有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
这些材料的性能特点以及它们之间的相互作用，对复合材料的整体性能有着至关重要的影响。
要优化聚合物基复合材料的性能，首先需要关注的是增强材料的选择和优化。
不同类型的增强材料具有不同的性能特点。
例如，碳纤维具有高强度和高模量，但价格相对较高；玻璃纤维则成本较低，但性能略逊一筹。
在实际应用中，需要根据具体的性能要求和成本预算来选择合适的增强材料。
除了选择合适的增强材料，还可以通过对增强材料的表面处理来提高复合材料的性能。
增强材料的表面通常是惰性的，与聚合物基体的相容性较差。
通过表面处理，如氧化、等离子体处理、化学接枝等，可以增加增强材料表面的活性官能团，改善其与基体的界面结合强度，从而提高复合材料的力学性能。
聚合物基体的性能优化也是不可忽视的一个方面。
可以通过改变聚合物的分子结构、分子量分布、交联度等参数来调节基体的性能。
例如，增加聚合物的分子量可以提高其强度和韧性；引入交联结构可以增强其耐热性和尺寸稳定性。
此外，在复合材料的制备过程中，工艺参数的控制也对性能优化起着关键作用。
例如，在复合材料的成型过程中，成型温度、压力、时间等参数都会影响聚合物的固化过程和增强材料的分布，进而影响复合材料的性能。
通过优化这些工艺参数，可以获得性能更加优异的复合材料。
另一个重要的优化途径是采用新型的复合技术。
例如，纳米复合材料技术将纳米级的填料（如纳米粘土、碳纳米管等）引入到聚合物基体中，利用纳米填料的特殊性能，如大的比表面积和量子尺寸效应，显著提高复合材料的性能。
复合基材料化学问答题
复合基材料化学问答题1．什么是晶须？晶须⾼强的原因？P35（1）晶须是⼀种短纤维状的单晶⽆机材料。
（2）晶须⾼强的原因，主要由于它的直径⾮常⼩，容纳不下能使晶体削弱的空隙、位错和不完整等缺陷。
晶须材料的内部结构完整，使它的强度不受表⾯完整性的严格限制。
2.碳纤维制造过程包括哪⼏个阶段？碳纤维的⽣产的三个阶段是预氧化处理、碳化处理和⽯墨化处理。
P32 3．影响玻璃纤维强度的因素？P19①纤维直径和长度对拉伸强度的影响玻璃纤维的直径愈细，抗拉强度越⾼；随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降。
②化学组成对强度的影响⼀般是含碱量越⾼、强度越低。
③存放时间对强度的影响原因：空⽓中的⽔分和氧⽓对纤维侵蚀④施加负荷时间对强度的影响玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长⽽降低。
环境湿度较⾼时，尤其明显原因：吸附在微裂纹中的⽔分，在外⼒作⽤下，使微裂纹扩展速度加速。
4．加捻的作⽤？通过加捻可提⾼纤维的抱合⼒，改善了单纤维的受⼒状况，有利于纺织⼯序的进⾏。
5．玻璃钢雷达天线罩的特点和应⽤实例FRP雷达天线罩重量轻，运输费⽤低，安装⽅便，透波能⼒强，耐腐蚀，电绝缘，可设计性强，设计制造⽅便，安装快，成本及维修费⽤低，在沿海、⾼⼭、沙漠以及湿冷地区等恶劣环境中应⽤⽇益剧增。
应⽤实例：（1）直径最⼤的超远程精密跟踪雷达天线罩（2）⾼度精密跟踪雷达天线罩（3）引导雷达天线罩（4）警戒雷达天线罩（5）⽓象雷达天线罩6．不饱和聚酯树脂的特点和缺点不饱和聚酯的主要优点是：第⼀，⼯艺性能良好，如室温下粘度低，可以在室温下固化，在常压下成型，颜⾊浅，可以制作彩⾊制品，有多种措施来调节；第⼆，固化后树脂的综合性能良好，并有多种专⽤树脂适应不同⽤途的需要；第三，价格低廉，其价格远低于环氧树脂，略⾼于酚醛树脂。
主要缺点是：固化时体积收缩率较⼤，成型时⽓味和毒性较⼤，耐热性、强度和模量都较低，易变形，因此很少⽤于受⼒较强的制品中。
四、叙述题：1、聚合物基复合材料的主要性能有哪些？P49A、聚合物的⼒学性能a、具有明显的⼒学松驰现象。
表面处理的方法
表面处理的方法表面处理是一种常见的工艺方法，用于保护、装饰和改善材料表面的性能。
不同的材料和应用领域需要不同的表面处理方法。
本文将介绍一些常见的表面处理方法，包括电镀、喷涂、镀膜、氮化、放电加工和机械加工。
电镀是一种通过电解沉积金属或合金在材料表面的方法。
它可以提供良好的耐腐蚀性和装饰性，常用于金属制品的表面处理。
例如，镀锌能够保护钢铁材料免受腐蚀，镀铬可以提高产品的装饰效果。
此外，电沉积还可以用于调节材料的摩擦性能、导电性能和光学性能等。
喷涂是一种通过喷射液体或粉末材料在材料表面形成涂层的方法。
喷涂可以实现各种不同的功能，如防护、装饰和绝缘等。
常见的喷涂方法包括喷漆、喷粉等。
例如，涂上抗紫外线的漆可以保护木材和金属不受阳光照射的损害，而防火涂层可以延缓火焰的蔓延。
镀膜是一种在材料表面形成薄膜的方法。
镀膜可以改变材料的表面性质，如硬度、摩擦系数和耐磨性等。
常见的镀膜方法有物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。
例如，刀具镀钛膜可以提高刀具的切削性能，玻璃镀膜可以提高透光性和耐腐蚀性。
氮化是一种在材料表面形成氮化物化合物层的方法。
氮化可以提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
常见的氮化方法包括氮化渗透和离子氮化等。
例如，钢材通过氮化处理可以提高其耐磨性和抗腐蚀性，陶瓷材料通过氮化处理可以提高其硬度和耐高温性。
放电加工是一种利用电火花、激光或电子束等高能源放电来改变材料表面形态和性能的方法。
放电加工可以用于去除材料表面的氧化层、氢化层和碳化层，从而提高材料的表面质量和增强其特定性能。
例如，电火花加工可以用于去除金属表面的氧化皮和凸起，激光熔覆可以用于在金属表面形成覆盖层。
机械加工是一种通过切削、研磨和抛光等方法来改变材料表面形貌和尺寸精度的方法。
机械加工可以去除材料表面的缺陷和瑕疵，同时还可以提供一定程度的光洁度和平整度。
例如，车削可以用于改善轴类零件的圆度和表面质量，磨削可以用于去除金属表面的氧化皮和毛刺。
纤维增强硅酸盐板墙面施工工艺
纤维增强硅酸盐板墙面施工工艺随着建筑行业的快速发展，墙面装饰材料也在不断更新换代。
纤维增强硅酸盐板作为一种新型环保墙面材料，因其具有防火、耐候、耐腐蚀等优势，被广泛应用于室内外墙面装饰。
本文将介绍纤维增强硅酸盐板墙面施工工艺，以帮助专业施工人员正确施工，确保装饰效果和质量。
一、准备工作1. 确定施工区域，并清理墙面。
清除墙面上的灰尘、油污等杂物，保持墙面干净平整。
2. 根据施工图纸和设计要求，确定纤维增强硅酸盐板板材的尺寸和颜色，并进行预先准备。
二、基层处理1. 基层墙面的处理：检查墙面是否平整、牢固，如有不平整的地方，可使用腻子进行修补。
若墙面有明显的裂缝，需先进行处理。
2. 基层墙面的打底处理：使用专业的墙面基层处理剂，对墙面进行打底处理。
根据墙面材料的吸水性，可适当调整打底处理剂的稀释比例。
三、胶粘剂的选用与施工1. 选择优质的胶粘剂：根据纤维增强硅酸盐板的特性和要求，选择适合的胶粘剂。
胶粘剂的选用应考虑到环保性、粘接强度等因素。
2. 施工前的准备：将胶粘剂按照说明书的要求进行配制，确保胶粘剂的质量。
3. 施工流程：先将胶粘剂均匀涂抹在墙面上，再将纤维增强硅酸盐板贴附在墙面上。
注意胶粘剂的涂抹要均匀，避免出现空鼓或起泡现象。
四、纤维增强硅酸盐板的切割与安装1. 切割处理：根据实际尺寸要求，使用专用的切割工具对纤维增强硅酸盐板进行切割处理。
切割时要注意安全，避免产生尘埃和噪音。
2. 板材安装：将切割好的纤维增强硅酸盐板按照设计要求进行安装。
安装时要注意板材之间的间距和对齐度，确保装饰效果整齐美观。
五、填缝处理1. 选择填缝剂：根据纤维增强硅酸盐板的颜色和纹理，选择与之相匹配的填缝剂。
2. 填缝施工：使用填缝剂对纤维增强硅酸盐板之间的间隙进行填补。
填缝时要均匀涂抹，确保填缝剂与板材之间的颜色和纹理一致。
六、表面处理1. 平整处理：待填缝剂干燥后，使用专业的工具对墙面进行平整处理，确保表面平整度符合要求。
《无机复合材料及工艺》第二章——增强材料
3、碳纤维（Carbon fiber） (1)、引言
碳纤维属于高新技术产品，它不仅具有炭素材料的特性，如质量轻， 强度高，耐热，耐腐蚀，还具有金属材料的某些特性，具有良好的 导电和导热性，在各类复合材料（PMC、MMC、CMC和C/C）中得到广 泛应用。 碳纤维增强复合材料广泛应用于航空航天、军事、交通运输、机械 制造、电子工业、体育用品、建筑材料（修补）、生物材料、医疗 器具等各行各业。 碳纤维的大量和广泛应用与其价格的不断降低有关。随着碳纤维的 生产规模的扩大、其价格由原来的数千元/kg，降至数百元/kg。 碳纤维与玻璃纤维一样，可以进行编织成各种碳纤维布，或制成碳 纤维毡使用。
（4）玻璃纤维的特性和应用
特性：
典型性能： 密度：2.4～2.8 g/cm3 抗拉强度：3～4.6 GPa（为高强度钢的2～3倍） 弹性模量：70～110 GPa（与铝和钛合金模量相当） 比强度为：12.5～18.4×106 cm（为高强度钢的6～10倍） 比模量为：2.8～4.0×107 cm（略高于高强度钢） 不燃、不腐、耐热、高拉伸强度、小断裂延伸率、化学稳定性好、 电绝缘性能好；但不耐磨、脆而易折。 可加工成纱、布、带、毡等形状； 可作为有机高聚物基或无机非金属材料（如水泥）复合材料的增 强材料。
对结构复合材料而言，首先考虑的是增强材料的强度、模量和密度。 其与基体物理及化学相容性主要反映界面作用和影响。
二、纤 维（fiber）
直径细到几微米或几十微米，而长度比直径大许多倍的 材料。 其长径比（aspect ratio)一般大于1000。 作为增强材料使用时，纤维一般都具有高模量、高强度。 大多数是有机高分子纤维，也有无机纤维和金属纤维。 重点介绍：
(2)、碳纤维分类
锌铝涂层表面处理
锌铝涂层表面处理锌铝涂层表面处理是一种常见的表面处理技术，用于增强材料表面的耐腐蚀性能和机械强度。
本文将介绍锌铝涂层的制备方法、特点和应用领域。
一、制备方法：锌铝涂层的制备方法主要有电解沉积法和热浸镀法两种。
1. 电解沉积法：电解沉积法是一种通过电解过程在基材表面沉积锌铝合金的方法。
首先将基材表面进行清洁和预处理，然后将基材浸入含有锌和铝离子的电解液中，通过电流作用使得锌和铝离子在基材表面沉积形成合金层。
2. 热浸镀法：热浸镀法是一种通过在高温下将基材浸入锌铝合金溶液中使合金沉积在基材表面的方法。
首先将锌铝合金溶液加热至一定温度，然后将基材浸入溶液中，经过一定时间后取出，使得锌铝合金在基材表面形成涂层。
二、特点：锌铝涂层具有以下特点：1. 耐腐蚀性能好：锌和铝都具有良好的耐腐蚀性能，将其形成合金涂层后可以进一步提高材料的抗腐蚀能力，延长使用寿命。
2. 机械强度高：锌铝合金涂层具有较高的硬度和强度，可以增强材料的机械强度，提高抗磨损能力。
3. 良好的附着力：锌铝涂层与基材之间具有良好的结合力，不易剥落。
4. 厚度可调节：锌铝涂层的厚度可以根据需要进行调节，适用于不同的应用场合。
三、应用领域：锌铝涂层广泛应用于各个领域，主要包括以下几个方面：1. 汽车工业：锌铝涂层可以用于汽车零部件的防腐蚀处理，提高零部件的耐用性和安全性。
2. 电子工业：锌铝涂层可以用于电子器件的表面处理，提高器件的抗氧化和耐腐蚀能力。
3. 建筑工业：锌铝涂层可以用于建筑材料的防腐蚀处理，延长建筑材料的使用寿命。
4. 航空航天工业：锌铝涂层可以用于航空航天设备的表面处理，提高设备的耐腐蚀性能和机械强度。
5. 其他领域：锌铝涂层还可以应用于冶金、化工、能源等领域，提高材料的性能和使用寿命。
总结：锌铝涂层表面处理是一种常见的表面处理技术，通过电解沉积法或热浸镀法可以在材料表面形成锌铝合金涂层。
锌铝涂层具有耐腐蚀性能好、机械强度高、附着力良好等特点，广泛应用于汽车工业、电子工业、建筑工业、航空航天工业等领域。
第四章 复合材料界面及增强材料的表面处理
两种作用 同时存在
粉粒填料、纤维被基体良好的润湿至关重要。
若润湿不良，在界面上会产生空隙，易使应力集中而导致复合材料 开裂； 则由物理吸附所产生的粘附力能>树脂的内聚能 若要完全润湿 另外一个液体或熔体的表面张力<固体的表面张 力，则能很好地润湿该固体表面 液体对固体浸润情况，可以用浸润角（或称接触角） θ表示，液体在固体表面浸润角的大小与固体和液体 各自的表面张力和固-液间界面张力有关。
毫无疑问，浸润性好有利于两相界面接触，但浸润性不是界面 粘接的唯一条件。例如：EP对新鲜E玻纤表面浸润性好，但粘 接性却不好，界面耐水老化性也差，但若用胺丙基硅烷处理E 玻纤，对环氧浸润性下降，但界面粘接性提高。 所以浸润性理论虽对CM界面有一定指导意义，但对许多界面 现象单凭浸润理论是难以解释的，所以人们提出了其它理论。
3 、缺陷：该理论并非十全十美，有些现象难用此理论解释。 例：1）有洗偶联剂不含与基体起反应的活性基因，有较 好 的处理效果。（不能解释） 2）光弹研究发明，基体树脂从固化放热冷却到50摄氏 度，可产生115MPA的径向压力、58MPA的横向压力。这 种热应力足以使材料破坏。-----这种热应力如何松弛呢？
二、化学键理论： <1>要使两相之间实现有效的粘接，两相表 面应含有能相互发生化学反应的活性基团， 1、理论认为： 通过官能团的反应以化学键结合形成界面。 <2>若两相之间不能直接进行化学反应，也 可通过偶联剂的媒介作用以化学键结合。
A B A A B B
A B A B C A B C A B A B C A B
界面示意图：
界面相内的化学组分、分子排列、 热性能、力学性能，呈现连续的梯 度性变化，界面相很薄，只有µm级， 却有极其复杂的结构。 在两相复合过程中，会出现热应力 （导热系数、膨胀系数的不同）界 面化学效应（官能团之间的作用或 反应）和界面结晶效应（成核诱发 结晶、横晶），这些效应引起的界 面微观结构和性能特征，对CM的 宏观性能产生直接影响。
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及所得结果直观性差 ,所以应用不太普遍 ,唯有最后 一种方法被普遍采用 。究其原因 ,其一不需大型仪 器设备 ,一般实验室都可以办得到 ;其二测试的结果 直观性好 。为此下面着重介绍接触角测定法的原理
及运作 。 当固体材料表面具有 Lewis 酸碱性时 ,可用γ+
表示酸性分量即电子接受体或质子给予体对表面自 由能的贡献 γ, - 表示碱性分量 ,即质子接受体或电子 给予体对表面自由能的贡献 ,两者与表面自由能酸 碱分量γAB有如下的关系 :
大部分复合材料复合工艺的固化制度都是根据
纯树脂基体的固化条件而制定的 。这与实际的复合 材料固化体系有较大的差别 ,因此很难保证产品达 到最佳性能 。尤其是加入大量的增强剂后 ,由于其 表面状态的不同 ,对体系的固化过程影响必须予以 考虑 ,因为增强材料的比表面高 ,故它在体系中所占
的界面积比份较大 。在这大比份的界面积中 ,引入 一些促进 (或减慢) 固化反应的基团 ,不能不影响复 合材料体系的固化过程 。孙慕瑾等[57 ]采用动态力学 的扭辫分析技术 ( TBA) 研究了碳纤维表面等离子体 处理对 CFRP 固化过程的影响 ,发现表面处理后固 化 反 应 活 化 能 变 小 , 从 11152kcal/ mol 下 降 到 11132kcal/ mol , CFRP 的 Tg 从 218 ℃上升到 220 ℃, 说明 CF 表面处理后 ,表面上生成的 - COOH、- OH 促进了固化反应 ,减低了固化反应活化能 ,加快了反 应速度 ,增加交联度 ,使 Tg 上升 。此外孙慕瑾等[58 ] 采用同样技术又研究了芳纤表面接枝与不接枝丙烯 酸对 AFRP 固化过程的影响 。结果表明 ,固化活化 能从 10185kcal/ mol 下降到 9128kcal/ mol ,反应速度 常数 从 814 ×10 - 3 分 - 1 升 到 2173 ×10 - 2 分 - 1 。 AFRP 的 Tg 从 212 ℃升到 215 ℃。这些结果充分说 明增强材料表面处理与否 ,即表面状态的不同对复 合材料固化过程有影响 ,当然最终会影响复合材料 的性能 。为了确定这种影响 ,为复合工艺提供较科 学合理的固化制度 ,对这种影响进行表征是十分必 要的 。从目前的技术水平来看 ,采用动态力学的扭 辫分析 ( TBA) 来表征是最好的 ,因为分析的试样与 复合材料实体是一致的 ,而且试样制备简单 ,用量 少 ,测试灵敏度与精度高 。 41317 界面粘接强度的表征
γAB = 2 γ+γ而表示色散部分对表面自由能的贡献者为γLW ,因此 可以用γLs W ,γs+ ,γs- 3 个参量表征固体表面的表 面 能 、酸碱性及其大小 。实验上求得这三个参量的方
法如下 : 首先由 Young 方程及 Dupre 方程出发经过一些
数学推导得到 Young2Good2Girifalco2Fowkes 方程式 ,
表面
2916 510 118 314 010 014 5919
表 47 S - 玻璃纤维表面组成的 ESCA 测定
相
组成/ %
Si
Al
Mg
O
本体
2118
917
511
6315
表面
2318
1115
813
5615
笪有仙等人[51 ]采用 ESCA 技术测定各类碳纤维表面
组成 ,结果如表 48 所示 。
表 48 碳纤维表面组成的 ESCA 测定
表 50 碳纤表面的酸碱度与 IL SS 关系 3
性能 γ+ /γ- (酸碱度)
OCF/ CFRP0 0103
PCF1/ CFRP1 0104
环氧树脂基体 0101
IL SS/ MPa
7414
10513
-
FRP/ CM 20011No. 5
50
增强材料的表面处理 (六)
2001 年 9 月
注 :OCF 为未处理原始碳纤 ,对应的复合材料为 CFRP0 ; PCF1 为 表面接枝有丙烯酸的碳纤 ,对应的复合材料为 CFRP1 。
计算机能将各组成的含量自动打印出来 。Rynd 等
入[50 ]用 ESCA 技术测定了 E - 玻璃和 S - 玻璃的表
面组成 ,其结果如表 46 及 47 所示 。
表 46 E - 玻璃纤维表面组成的 ESCA 测定
相
组成/ %
Si Al Mg 1816 611 212 613 411 014 6118
(1 + coθs )γ1 = 2 ( γLs Wγ1- + γs+γ1- + γs-γ+- )
(4)
式中γLs W ,γs+ ,γs- 为固体材料表面自由能色散
分量及酸碱分量 ;γL1 W ,γ1+ ,γ1- 为测试液体的表面自
由能色散分量及酸碱分量 ;γ1 θ, 为测试液的表面张
力及固/ 液两相的接触角 。
由上述事实可知 ,增加材料表面与基体树脂表 面酸碱配位作用的大小 ,直接关系到复合材料的性 能 ,所以如何来表征固体材料的表面酸碱度及其变 化规律 ,不但有理论上的意义 ,而且很有实用价值 。 实验上测定表面的酸碱度概括地说 ,有如下几种方 法 : ①红外光谱法 ; ②电子能谱法 ; ③反相色谱法 ; ④ 接触角测定法 。前三种方法由于需大型的仪器设备
2001 年 9 月
玻璃钢/ 复合材料
49
增强材料的表面处理 (六)
笪有仙 孙慕瑾
(中国科学院化学研究所 北京 100080)
41313 表面组成的表征
表面的组成直接关系到增强剂与基体树脂的浸
润性 ,同时也是决定界面层的结构与性能因素之一 ,
因此测定表征对了解复合材料界面粘接性能是十分
必需的 。过去曾用化学分析法 ,光学法 ,电化学法等
然后利用三种已知γ1 γ, L1 W γ, 1+ γ, 1- 的测试液 ,测 定在被测固体表面上的接触角 ,将测得的接触角代
入方程式 (4) 中 ,并联立三个方程式求解 ,即可得到 γLs W γ, s+ γ, s- 值 ,进而由γs+ /γs- 比值 ,即可知固体材
料表面的酸碱度及其大小 。
41316 表面改性对复合材料固化过程影响的表征
所有的复合材料在制备过程中都不可避免地要 产生残余内应力 ,这种残余内应力是一种潜在的破 坏因素 ,所以必须尽可能地将它减弱 。为此必须建 立检测表征残余内应力的技术与手段 ,才能了解配 方 、工艺等等条件与残余内应力的关系 ,然后设法消 除残余内应力 。一般来说残余内应力检测表征方法 有二种 ,一种是光弹法 ,谢蓬萱[60 ]用光弹法测定室温 胺固化 E - 51 玻璃钢 ,界面残余内应力为 1218MPa ; 另一种为电阻应变丝法 ,何平笙[61 ]用此法测定胺及 咪唑固化 E - 51 环氧体系与玻璃界面的残余内应力 为 10MPa 。
增强材料表面改性与否 ,对复合材料的耐湿热 老化性能影响颇大 ,尤其是玻纤表面经硅烷偶联剂 的处理 ,对耐湿热老化性能有显著的改善 。这方面 的表征 技 术 大 部 分 是 从 力 学 性 能 上 予 以 检 测 表 征 的 ,因为复合材料大都用作为结构件 ,所以从力学性 能考查是首要的 。也有一些复合材料被用作为电工 绝缘材料 ,应该检测绝缘电阻和损耗的变化予以表 征 。力学性能检测表征技术是将复合材料试件 ,经 沸水煮一定时间后取出立即检测力学性能 ,并与未 经沸水煮过的试样力学性能进行对比 ,力学性能下 降度越低 ,则耐湿热老化性能越好 。在力学性能下 降度相同的情况者 ,沸水煮的时间长者比短者耐湿 热老化性能好 。 41319 界面残余内应力的表征
所以只要在能谱仪上测得 (O/ C) g 和 (O/ C) ung即 可求得接枝度 ,笪有仙等人[52 ]应用 XPS 技术测定了 碳纤维表面等离子体接枝丙烯酸的接枝度 ,由表 49 所示 。
表 49 碳纤维表面接枝丙烯酸的接枝度
CF
PCF
PCF1
O/ C
0118
0119
0125
MC ×10 - 2 接枝度/ %
等性能 。接枝后的接枝度可以用化学方法予以测 定 ,但测试周期长 ,困难大 ,而采用 XPS 技术测定接 枝度比较简单 。
根据公式 : 接枝度 = [ (O/ C) g - (O/ C) ung ]/ (O/ C) AA 式中 ( O/ C) g 为接枝后测得增强剂表面的氧碳比 , (O/ C) ung为接 枝 前 测 得 增 强 剂 表 面 的 氧 碳 比 ; ( O/ C) AA为接枝单体按分子式计算的氧碳比 。
界面粘接强度的表征有许多方法 ,概括起来有 三大类 , ①宏观力学方法 ,如三点短梁弯剪法测复合 材料的层间剪切强度 ( IL SS) 来表征界面的粘接强 度 。必须指出 ,这种方法测得的 IL SS 和界面粘接强 度 ( IFSS) 数值不相等 ,但有平行相关性 ,因此可以用 它来表征界面粘接强度 。至于二者数值上不等 ,因 为三点短梁弯剪破坏不纯粹只是界面的破坏 ,它还 包括有基体及纤维等破坏的信息在内 。据黄玉东 等[59 ]研究的结果 , TL SS 的数值大约为 IFSS 的 0175 左右 。但三点短梁弯剪法国内外使用得非常普遍 , 而且方法很成熟 ,各个国家都制定了相应的测试标 准 。此测试方法设备简单 ,试样制备容易 ,所得的结 果代表性好 ,测试操作易行 ,速度快 ,所以这种表征 方法目前尚无法被他法所取代 。宏观力学方法中还 有一种动态力学法 ,即用动态力学方法测定复合材 料的 Tg ,如增强材料表面进行过处理 ,在界面上与树 脂发生更多的相互作用 ,如酸碱作用 、化学反应等 , 则 Tg 上升 ,因此测定 Tg 的变化 ,可表征界面粘接强 度的变化 。动态力学测试方法有多种 ,其中最可取
碳纤维
组成/ %
C
O
Sn
广州催化法碳纤维