助理复材工程师培训笔记第二章之聚合物基界面

化学键理论      化学键理论认为要使两相之间实现有效的结合，两相表面应含有能相互发生化学反应的活性官能团，通过它们的反应以化学键结合形成界面。如果两相之间不能直接进行化学反应，也可以通过偶联剂的媒介作用以化学键互相结合。如下图所示：

应用化学键理论，对碳纤维、有机纤维的表面进行等离子、辐照等处理，使纤维表面出现羧基（-COOH），羟基(-OH)等含氧活性基团，提高了与树脂基体的反应能力，使界面形成化学键，大大提高了界面的结合强度。

在偶联剂方面：硅烷偶联剂就是用来提高基体和玻璃纤维间界面结合的有效试剂。偶联剂一端可与玻纤表面以硅氧键结合，另一端可与基体树脂发生固化反应。通过硅烷偶联剂的媒介作用，基体与增强体纤维实现了界面的化学键结合，有效的提高了复材的性能。

但是化学键理论也不是十分完美的，有些现象难以用该理论来解释。例如，有些偶联剂不含有与基体树脂其反应的基团，却也有较好的处理效果。

物理吸附理论     该理论认为，增强体与基体之间结合属于机械咬合和基于次价键的物理吸附；而偶联剂的作用是促进基体与增强体表面完全浸润。某些实验表明，偶联剂未必一定改善树脂与增强体的浸润，所以这种理论不完全正确，但可以看作是化学键理论的一种补充。

过度层理论      该理论认为，由于在复材成型时，基体和增强体的热膨胀系数相差较大；因此在固化过程中，基体和增强体界面会有残余应力。为了消除这种内应力，会把增强体表面处理化，在界面形成一层塑性层，进而减小界面应力。此理论对石墨纤维增强聚合物复合材料比较适应。

拘束层理论      该理论认为界面区的弹性模量介于基体和增强体之间时，则可以很均匀地传递应力。这时吸附在硬质增强体上的聚合物基体比其本体更聚集紧密。且聚集密度随着离界面区的距离增大而减小。这样在增强体和基体之间，形成了一个模量从高到低的梯度减小的过度区。该理论因缺乏必要的实验依据，接受此理论的者并不多。

扩散理论      该理论认为聚合物的相互黏结是由表面上的大分子相互扩散形成的；两相的分子链相互扩散、渗透、缠结形成了界面层。该理论有很大的局限性，聚合物与无机物之间不会发生接么的扩散、互溶现象，扩散理论不能用来解释此类材料的黏结现象。

减弱界面局部应力作用理论     该理论认为基体与增强体之间的处理剂提高了一种具有“自愈能力”的化学键。在载荷作用时，它处于不断形成与断裂的动态平衡状态。低分子物质（主要是水）的应力浸蚀使界面的化学键断裂，而处理剂在应力作用下能沿增强体表面滑移，使已断裂的化学键重新结合。