1、第六章第六章 復合材料的界面處理技復合材料的界面處理技術術n增強材料的界面處理技術增強材料的界面處理技術n粉狀顆粒的表面處理技術粉狀顆粒的表面處理技術n基體材料的改性技術基體材料的改性技術6.1 增強材料的界面處理技術增強材料的界面處理技術 一、玻璃纖維的表面處理一、玻璃纖維的表面處理1、表面處理的定義、表面處理的定義 在增強體表面涂覆一種稱為表面處理劑的物質在增強體表面涂覆一種稱為表面處理劑的物質。（表面處理劑包括浸潤劑及一系列偶聯劑和助劑等物（表面處理劑包括浸潤劑及一系列偶聯劑和助劑等物質。質。2、表面處理的目的及意義、表面處理的目的及意義處理劑對復合材料耐水性的改善也有顯著的效果：處理劑

2、對復合材料耐水性的改善也有顯著的效果： 水煮時間水煮時間(h)強度保留率（強度保留率（%）未處理未處理熱清洗熱清洗沃蘭沃蘭KH560A-151A-174原始強度原始強度(MPa)252.0 326.0 324.0 258.0 303.0 338.0 269.9 74.8 84.3 106.0 96.0 93.3 853.9 61.3 70.9 94.4 92.4 98.6 2454.0 59.3 55.8 78.7 82.2 85.4 4850.6 56.9 52.2 63.9 69.6 67.2 7248.8 54.3 49.8 57.7 63.2 61.2 各種處理方式對各種處理方式對#1

3、96不飽和聚酯玻璃鋼水煮后彎曲強度保留率不飽和聚酯玻璃鋼水煮后彎曲強度保留率后處理法前處理法遷移法3、玻璃纖維表面處理方法及影響因素、玻璃纖維表面處理方法及影響因素 玻纖表面處理方法玻纖表面處理方法 將偶聯劑加入到上述浸潤劑中，在拉絲過程中表將偶聯劑加入到上述浸潤劑中，在拉絲過程中表面處理劑就被覆到玻璃纖維表面上。面處理劑就被覆到玻璃纖維表面上。前處理法前處理法遷移法遷移法 此法分兩步進行，先用洗滌法或灼燒法出去拉絲此法分兩步進行，先用洗滌法或灼燒法出去拉絲過程中涂覆再玻纖表面的紡織型浸潤劑，再經處理過程中涂覆再玻纖表面的紡織型浸潤劑，再經處理劑溶液浸漬、烘焙、水洗、烘干等工藝使玻纖表面劑溶液

4、浸漬、烘焙、水洗、烘干等工藝使玻纖表面被覆上一層偶聯劑。被覆上一層偶聯劑。后處理法后處理法 將化學處理劑直接加入到樹脂中進行整體摻和，將化學處理劑直接加入到樹脂中進行整體摻和，在浸膠的同時將偶聯劑施于玻璃纖維上，借處理劑在浸膠的同時將偶聯劑施于玻璃纖維上，借處理劑從樹脂膠液中到纖維表面的從樹脂膠液中到纖維表面的“遷移遷移”作用而與纖維作用而與纖維表面發生反應，從而在樹脂固化過程中產生偶聯作表面發生反應，從而在樹脂固化過程中產生偶聯作用。用。偶聯劑用量及影響處理效果的因素偶聯劑用量及影響處理效果的因素偶聯劑用量偶聯劑用量1001gg給定被處理的增強材料的表面積硅烷偶聯劑的最小涂覆面積100g該硅

5、烷偶聯劑在此種被處理材料上涂覆 一單分子層時所需要的量 偶聯劑實際用量高于理論計算值，理論計算量可作偶聯劑實際用量高于理論計算值，理論計算量可作為估算偶聯劑用量的依據之一，實際用量要通過實驗為估算偶聯劑用量的依據之一，實際用量要通過實驗確定。確定。影響處理效果的因素影響處理效果的因素處理方法的影響處理方法的影響烘焙溫度的選擇烘焙溫度的選擇烘焙時間的選擇烘焙時間的選擇處理液的配置及使用對處理效果的影響處理液的配置及使用對處理效果的影響碳纖維表面改性方法有五種：碳纖維表面改性方法有五種： 二、碳纖維的表面處理二、碳纖維的表面處理1、碳纖維表面處理的目的及意義、碳纖維表面處理的目的及意義2、碳纖維表

6、面處理方法及作用效果、碳纖維表面處理方法及作用效果碳纖表面處理方法碳纖表面處理方法表面浸涂有機化合物表面浸涂有機化合物表面浸涂無機化合物表面浸涂無機化合物表面化學處理表面化學處理電解氧化處理電解氧化處理等離子體處理等離子體處理表面樹脂的最佳含量為表面樹脂的最佳含量為0.91.6。(質量比質量比)表面浸涂有機化合物表面浸涂有機化合物表面涂覆無機化合物表面涂覆無機化合物表面沉淀無定型碳表面沉淀無定型碳兩種涂層方法：兩種涂層方法： 1200下，碳纖維與甲烷氮混合氣體相接觸，甲下，碳纖維與甲烷氮混合氣體相接觸，甲烷分解形成無定型碳，涂覆于熱碳纖維表面。烷分解形成無定型碳，涂覆于熱碳纖維表面。 聚喹噁啉

7、溶液浸涂碳纖維，再經過干燥后，于聚喹噁啉溶液浸涂碳纖維，再經過干燥后，于1600下裂解得到無定型碳涂覆層。下裂解得到無定型碳涂覆層。加涂碳化物加涂碳化物化學氣相沉淀法加涂碳化硅。化學氣相沉淀法加涂碳化硅。 高溫下碳纖維與四氯化硅氫混合氣體相接觸，高溫下碳纖維與四氯化硅氫混合氣體相接觸，發生表面反應涂碳化硅。發生表面反應涂碳化硅。加涂碳化硼。加涂碳化硼。 高溫下碳纖維與三氯化硼氫混合氣體相接觸，高溫下碳纖維與三氯化硼氫混合氣體相接觸，高溫表面反應，涂碳化硼。高溫表面反應，涂碳化硼。加涂碳化鉻。加涂碳化鉻。 先使碳纖維吸附醋酸鉻液，于先使碳纖維吸附醋酸鉻液，于120下干燥，再在下干燥，再在1200

8、下停留下停留1520s，分解形成的碳化鉻沉淀于碳，分解形成的碳化鉻沉淀于碳纖維表面。纖維表面。 2323286.492OKJOOO 放電分解或紫外線強氧化劑，氧化能力僅次于氟 1000下的碳纖維與下的碳纖維與10100氨和無氧化性氨和無氧化性氣體的混合氣混合。氣體的混合氣混合。表面化學處理表面化學處理酸處理（已淘汰）酸處理（已淘汰）臭氧氧化法臭氧氧化法氨處理氨處理 先將碳纖維浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的銅鉛鈷等先將碳纖維浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的銅鉛鈷等鹽類溶液，然后在鹽類溶液，然后在200600下與空氣或氧氣接觸，下與空氣或氧氣接觸，產生各種活性基團和物理效應。產生各種活性基團和物理效應。鹽溶液處

9、理鹽溶液處理參見參見P85圖圖6.6 P86表表6.4電解氧化處理電解氧化處理 于室溫于室溫(25 )下用含活性氯下用含活性氯5.25%的次氯酸鈉溶的次氯酸鈉溶液液(PH=11)作為電解液作為電解液,電流密度為電流密度為2.512mA/cm2,將碳纖維在其中停留將碳纖維在其中停留210min,經過洗滌和干燥。經過洗滌和干燥。碳碳纖纖維維密度密度（g/cm3）抗張抗張強度強度（MPa）抗張抗張模量模量（GPa）CFC抗抗彎強度彎強度(MPa)CFC抗彎抗彎模量模量(GPa)CFC層層間剪切間剪切強度強度(MPa)未未處處理理1.925219252483424321.7處處理理后后未變未變5178

10、8223458.9碳纖維電解處理前后性能的比較碳纖維電解處理前后性能的比較等離子體處理等離子體處理等離子態等離子態 等離子態又叫做物質的第四態等離子態又叫做物質的第四態,它是氣體它是氣體,不過其原不過其原子失去電子形成自由電子和正離子。子失去電子形成自由電子和正離子。因為兩者的量相因為兩者的量相等因此又叫做等離子態等因此又叫做等離子態,它可導電而且受磁場影響它可導電而且受磁場影響,熱氣熱氣體中體中,因為原子高速碰撞而造成電離現象因為原子高速碰撞而造成電離現象,形成等離子態形成等離子態,太陽內部的氣體就是其中一個例子。低溫氣體太陽內部的氣體就是其中一個例子。低溫氣體,負電子負電子和正離子會再結合

11、和正離子會再結合,因此不會形成等離子態。在螢光燈因此不會形成等離子態。在螢光燈內內,存在低壓汞蒸汽及一些惰性氣體存在低壓汞蒸汽及一些惰性氣體,在高電壓下在高電壓下,電子電子急劇加速急劇加速,碰撞而造成更多電子及正離子碰撞而造成更多電子及正離子,形成等離子態形成等離子態,過程中汞原子被激發至激發態過程中汞原子被激發至激發態,由激發態躍至基態由激發態躍至基態,發出發出電磁波電磁波,主要為紫外輻射主要為紫外輻射,紫外輻射投射到管壁的熒光粉紫外輻射投射到管壁的熒光粉時時,再轉為可見光。再轉為可見光。高溫等離子體處理高溫等離子體處理4000K8000K下，使含下，使含515氬的混合氣體中氬的混合氣體中產

12、生等離子體。產生等離子體。低溫等離子體處理低溫等離子體處理0150下，惰性氣體、真空度為下，惰性氣體、真空度為100300kPa下下產生等離子體。產生等離子體。冷等離子體冷等離子體 碳纖維表面經氧、氮、氨、烯烴、炔烴等各種碳纖維表面經氧、氮、氨、烯烴、炔烴等各種氣體等離子體處理后，其物化性能發生顯著變化，氣體等離子體處理后，其物化性能發生顯著變化，最重要的有：最重要的有：碳纖維表面碳纖維表面抗張強度抗張強度（MPa）直徑（直徑（m）未經等離子體處理未經等離子體處理31206.45 已經等離子體處理已經等離子體處理30706.36 損失率損失率1.62.30 經等離子體處理后纖維強度和直徑變化經

13、等離子體處理后纖維強度和直徑變化表面浸潤性的變化表面浸潤性的變化強度和直徑的變化強度和直徑的變化浸潤速度和浸潤吸附量均有顯著增加。浸潤速度和浸潤吸附量均有顯著增加。表面組成的變化表面組成的變化CnON -Na+2RBrRN -Na+COCONNCORn三、有機纖維的表面處理技術三、有機纖維的表面處理技術1、Kevlar纖維的特性纖維的特性抗壓縮強度和抗剪切強度低抗壓縮強度和抗剪切強度低皮皮芯結構。縱向強度高，橫向強度低芯結構。縱向強度高，橫向強度低具有高的拉伸強度和拉伸模量具有高的拉伸強度和拉伸模量容易吸水容易吸水2、Kevlar纖維的表面處理方法纖維的表面處理方法 將纖維金屬化后，再與溴代十

14、八烷等反應，使纖將纖維金屬化后，再與溴代十八烷等反應，使纖維表面形成長鏈烷烴分子或活性基團，如：維表面形成長鏈烷烴分子或活性基團，如：等離子體處理技術等離子體處理技術 在在NH3氣體等離子體處理氣體等離子體處理Kevlar纖維表面時，有纖維表面時，有可能把可能把NH2引入到引入到Kevlar纖維中大分子的苯環；纖維中大分子的苯環； 若在可聚合的單體氣體中等離子體處理若在可聚合的單體氣體中等離子體處理Kevlar纖維表面，則可發生接枝反應；纖維表面，則可發生接枝反應； 可以通過控制接枝聚合物的不同結構來設計不同可以通過控制接枝聚合物的不同結構來設計不同性能的界面層。性能的界面層。采用含有異氰酸基

15、的增強聚合物處理采用含有異氰酸基的增強聚合物處理采用帶活性基團的柔性稀溶液進行表面涂層采用帶活性基團的柔性稀溶液進行表面涂層預處理法處理方法直接處理法6.2 粉狀顆粒的表面處理技術粉狀顆粒的表面處理技術一、鈦酸酯偶聯劑的應用方法一、鈦酸酯偶聯劑的應用方法粉體粉體偶聯劑偶聯劑120干燥干燥預處理粉體預處理粉體基體樹脂基體樹脂復合復合預處理法預處理法偶聯劑與無機填料、基體樹脂、助劑直接一次性混合。偶聯劑與無機填料、基體樹脂、助劑直接一次性混合。直接處理法直接處理法二、其他表面處理劑二、其他表面處理劑聚烯烴低聚物聚烯烴低聚物不飽和有機酸不飽和有機酸鋯類偶聯劑鋯類偶聯劑6.3 基體材料的改性技術基體材

16、料的改性技術一、聚烯烴系列基體的改性一、聚烯烴系列基體的改性1、聚乙烯的改性技術、聚乙烯的改性技術交聯交聯采用過氧化物進行交聯采用過氧化物進行交聯采用輻照技術進行交聯采用輻照技術進行交聯氯化氯化 以四氯化碳和三氯甲烷作為溶劑，將高密度聚乙以四氯化碳和三氯甲烷作為溶劑，將高密度聚乙烯混合，在反應器內加熱使聚乙烯溶解，然后用液烯混合，在反應器內加熱使聚乙烯溶解，然后用液氯進行氯化反應。氯進行氯化反應。共聚共聚共混共混乙烯與丙烯共聚乙烯與丙烯共聚乙烯與丁烯共聚乙烯與丁烯共聚 乙烯與醋酸乙烯共聚乙烯與醋酸乙烯共聚 聚乙烯與橡膠共混聚乙烯與橡膠共混2、聚丙烯的改性技術、聚丙烯的改性技術共聚共聚共混共混填

17、充增強填充增強二、其他高分子基體的改性二、其他高分子基體的改性1、聚酰胺（尼龍）的共混改性、聚酰胺（尼龍）的共混改性聚酰胺的特征基團聚酰胺的特征基團CONHNH (CH2)n-1CO(CH2)n-2(CH2)mNHCONHCO尼龍-n尼龍-mn聚酰胺樹脂的特性聚酰胺樹脂的特性優點：優點：具有良好的機械強度、耐磨性、自潤滑性和具有良好的機械強度、耐磨性、自潤滑性和耐腐蝕性。耐腐蝕性。 缺點：缺點：吸水性差，耐熱性差，尺寸穩定性不好。吸水性差，耐熱性差，尺寸穩定性不好。 聚酰胺的用途聚酰胺的用途軸承、齒輪、凸輪、泵葉輪、墊圈、閥座、容器等軸承、齒輪、凸輪、泵葉輪、墊圈、閥座、容器等 聚酰胺的改性方

18、法聚酰胺的改性方法不同聚酰胺之間的共混不同聚酰胺之間的共混聚酰胺與其他聚合物共混聚酰胺與其他聚合物共混聚酰胺聚酰胺+聚乙烯聚乙烯聚酰胺聚酰胺+聚酯聚酯聚酰胺聚酰胺+聚砜聚砜聚酰胺聚酰胺+ABS聚酰胺聚酰胺+硅橡膠硅橡膠CHCH2O液態：用于澆注、涂料、層壓材料、粘合劑環氧樹脂的存在形態固態：用于涂料工業2、環氧樹脂的增韌改性、環氧樹脂的增韌改性環氧樹脂的特征基團環氧樹脂的特征基團環氧樹脂的特性環氧樹脂的特性缺點缺點：性脆、韌性不足。：性脆、韌性不足。優點優點：具有良好的電性能、化學穩定性、粘結性、：具有良好的電性能、化學穩定性、粘結性、加工性。加工性。 主要方法是：用橡膠或其他柔韌性聚合物增韌環氧主要方法是：用橡膠或其他柔韌性聚合物增韌環氧樹脂。樹脂。環氧樹脂的改性方法環氧樹脂的改性方法 聚硫橡膠、聚醋酸乙烯、低相對分子質量聚酰胺、聚硫橡膠、聚醋酸乙烯、低相對分子質量聚酰胺、低相對分子質量帶有端羧基的丁腈共聚物低相對分子質量帶有端羧基的丁腈共聚物（CTBN）。 增韌改性用的橡膠有：增韌改性用的橡膠有：3、酚醛樹脂的共混改性、酚醛樹脂的共混