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粉体填充型聚合物基复合材料界面粘结性能研究

朱锦涛

  聚合物基复合材料以其优异的性能越来越受到人们的青睐。由于聚合物基复合材料一般是由模量较高的填料和模量较低的基体复合而成,基体与填料相容性一般不好,二者形成的界面性能往往较差,这严重影响了聚合物基复合材料的力学性质。因此,聚合物基复合材料界面性质的研究一直受到各国科学家的重视。人们在研究界面改性时往往加入一些改性剂(如偶联剂、相容剂等),但是目前可用的界面助剂种类有限,而且人们在选择助剂进行界面改性时往往是纯经验性的,还没有系统的理论和方法作指导。本文针对上述情况,通过对填料与基体表面性能的研究,提出界面优化的途径,并针对所研究的体系设计合成有效的界面助剂。首先,研究了粉体填充聚氨酯弹性体复合材料的界面性能。通过表面分析的方法,测出参比液在基体与填料表面的接触角θ,计算出其表面张力γ_s、表面张力的极性分量γ_s~p、非极性分量γ_s~d、极性分数P;并由此估算出了基体与填料所形成的界面的界面张力γ_(SL)、粘附功W_a、裂纹能γ_G。用这些参数对界面粘结性能进行了预估;通过力学实验对预估进行了验证。通过对单个填料粒子进行受力分析,认为在受拉力时易发生破坏的是填料的两极点附近,好的界面应能在填料表面形成可变形层,在受力时能吸收变形功,从而提高复合材料的力学性能。对拉伸断面进行了扫描电镜研究。提出了聚合物复合材料界面优化设计的原则,并针对所研究的体系设计合成出了界面助剂,研究了界面助剂的性能,结果表明它们能很好地改善填料表面性能使与基体匹配,经界面助剂处理的复合材料的力学性能得到了提高。证明所合成的界面助剂是有效的界面助剂。其次,研究了粉体填充环氧树脂复合材料。通过对填料与基体表面性能的研究预估了二者界面粘结性能。对单个填料粒子进行了受力分析。得出对环氧树脂这类脆性材料,不仅要有良好的界面粘结,而且要有可变形的柔性层,这样才有利于应力在界面层的均匀传递,引发银纹,屈服并终止银纹的扩展,才能起到增韧的效果。进行了界面优化设计,估算了所合成的界面助剂的溶度参数,通过与基体树脂溶度参数相比较评价了界面助剂与基体树脂的相容性。冲击实验结果证实,界面助剂能明显增加复合材料的冲击强度。对复合材料冲击断面进行扫描电镜研究,发现经界面助剂处理的界面性能良好。……   
[关键词]:聚合物基复合材料;界面改性;界面助剂;表面张力;粘附功
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:湖南大学2002年