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2023-06-20
塑料复合材料界面优化技术
【摘要】：对于未经处理而直接加入的复合材料，只存在一相界面；对于加入表面处理剂的复合材料，传统观点认为存在二相界面，最近基本统一认识为存在三相界面。三相界面理论的内容为：一相界面为添加剂材料与偶联剂之间形成的界面；二相界面为基体树脂与偶联剂之间形成的界面；三相界面为助偶联剂与偶联剂之间形成的界面。因此、复合材料的界面要厚度适当，具有一定的柔软度，以利于界面的应力松弛。
助剂在树脂中的宏观分散形式已如上所介绍，那么助剂相和树脂相是如何连结在一起的呢？随着微观技术的不断发展和人们对其理论的不断探讨，目前已基本达成共识。
助剂相和树脂相在其连结处存在一相界面层，通过界面而连结在一起。界面为两相连结处互相纠缠、渗透、扩散在一起不属于两相中任何一相的区域。复合材料的两相之间存在几个截面呢？对于未经处理而直接加入的复合材料，只存在一相界面；对于加入表面处理剂的复合材料，传统观点认为存在二相界面，最近基本统一认识为存在三相界面。清华大学的于键教授利用三相界面的理论，首先开发出普通粉状填料HDPE/碳酸钙高增韧、PP/碳酸钙超韧复合材料，使传统的填充材料一跃变为增韧材料。
三相界面理论的内容为：
一相界面为添加剂材料与偶联剂之间形成的界面；
二相界面为基体树脂与偶联剂之间形成的界面；
三相界面为助偶联剂与偶联剂之间形成的界面。
三相界面理论与两个界面理论的不同点在于：两个界面理论认为偶联剂本身为一体结构，不存在分相问题；而实际上不同偶联剂分子经常存在分相问题，而我们只注意偶联剂与添加剂和树脂之间的结合问题，忽视了偶联剂本身的连结问题，否定了第三相界面的存在，其结果导致复合材料虽经表面处理但性能提高幅度有限的结果。
界面的形成主要靠不同组分之间的化学键、配位键、氢键、机械黏附和润湿黏附等物理和化学力而连结，第一、二相界面的形成靠偶联剂的加入，而第三相界面的形成依靠助偶联剂的加入。
界面的作用主要表现为：当复合材料受到外力作用时，除添加剂和树脂本身受力变形外，界面也承担和分散部分外力，防止复合材料被破坏。因此，界面存在的多少和界面的性质直接决定复合材料的性能。界面的性质包括界面的厚度、柔软性、牢固性高低，是影响复合材料性能的关键因素。传统的观点认为，界面的强度越高越好，而实际上界面的强度要适当。从界面的断裂情况看，界面强度一般的复合材料，受剪切破坏的断口上存在纤维拔出、脱黏等现象；而界面强度太大，断面则呈脆化断裂状态，反而降低了复合材料的强度。因此、复合材料的界面要厚度适当，具有一定的柔软度，以利于界面的应力松弛。
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