复合材料界面理论简介（五篇）

第一篇：复合材料界面理论简介

复合材料界面理论简介

摘要：纤维复合材料作为先进材料，质量轻，强度高等特点使其在航空、航天、船舶、汽车等工程领域应用越来越发挥其重要性。随着复合材料应用领域的扩展，对材料性能提出了更高的要求。复合材料的性能取决于增强体纤维、树脂基体和界面性能，其中纤维和树脂之间的界面粘结力是一个重要因素。界面粘结强度，即纤维断裂处通过基体向纤维传递应力的能力，直接影响到复合材料的强度、韧性和破坏模式等宏观力学行为。因此，研究界面之间的相互作用，对于界面的设计、预测有非常重要的作用。本文介绍了几种常见的几面之间的相互作用理论。关键词：界面；形成；相互作用理论；

1界面简介

复合材料是由两种或两种以上化学和物理性质不同的材料复合而成的，那么必然存在着异种材料的接触面，这个接触面就是界面。一般人们对复合材料界面的定义是，指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。

聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个阶段：

第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合物在结构上与聚合物基体是不同的。第二阶段是聚合物的固化阶段。聚合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固定的界面层。

2界面作用理论

2.1浸润性理论

1963年，Zisman提出浸润性理论，认为浸润是形成界面的基本条件之一，若两相物质能实现完全浸润，则表面能较高的一相物体表面的物理吸附将大大超过另一相物体的内聚能强度，从而使两相物体具有良好的粘合强度。这种理论认为两相物体间的结合模式属于机械互锁和浸润吸附。其中机械粘合是一种机械互锁现象，即在形成复合材料的两相相互接触过程中，若浸润性差，两相接触的只是一些点，接触面有限（见图1(a)）。若浸润性好，液相可扩展到另一相表面的坑凹中，因而两相接触面积大，结合紧密，产生机械锚合作用（见图1(b)）。而物理吸附主要为范德华力的作用。

图1浸润与不浸润的界面

显然，聚合物基体对增强材料良好的浸润性将有利于提高界面的复合强度，但浸润性不是界面粘接的唯一条件。例如，乙烯基硅烷的表面张力为33.4mN/m，是不饱和聚酯的有效偶联剂；而乙基硅烷的表面张力与乙烯基硅烷相似，但对不饱和聚酯无效；氯丙基硅烷的表面张力为48.8mN/m，溴苯基硅烷的表面张力为49.4mN/m，它们的表面张力更大，但对不饱和聚酯无效。环氧树脂对新鲜的E 玻纤表面浸润性良好，但粘接性却不好，界面耐水老化性也差；若用胺丙基硅烷处理E 玻纤，对环氧树脂的浸润性下降，但界面的粘接性提高。因此，浸润性理论在许多复合材料界面现象的解释中，同样只对其中某些具有一定的指导意义。

2.2吸附理论

吸附理论认为，粘合力主要是由聚合物基复合材料体系的分子或原子在界面层相互吸附而产生的。聚合物分子与增强材料表面分子的相互作用过程有两个阶段。第一阶段是液体聚合物分子借助于布朗运动向增强材料表面扩散，使两者所有的极性基团或链节相互靠近。在此过程中，升温、施加接触压力、降低聚合物基体粘度等因素都有利于加强布朗运动。第二阶段是吸附力的产生，当胶粘剂分子与被粘物分子间的距离达到1～0.5nm时，便产生相互吸引作用，并使分子间的距离进一步缩短到能够处于最稳定的状态。

吸附理论正确地把粘合现象与分子间力的作用联系起来，粘合力的大小与聚合物基体极性有关，但最主要的是取决于聚合物基复合材料体系分子在接触区的稠密程度。

2.3扩散理论

此理论由Borozncui等首先提出，认为高聚物的相互间粘结是由表面上的大分子相互扩散所致。如图2所示，两相的分子链互相扩散、渗透、缠结，形成了界面层。扩散过程与分子链的分子量、柔性、温度、溶剂、增塑剂等因素有关，如图3所示。界面体系的扩散作用和物质的溶解过程相类似，它们都是一种“混合”过程。扩散作用的结果导致模糊界面的产生，甚至界面消失(如固体溶解于液体之中)。聚合物基体/增强材料的界面扩散作用有利于粘接性能提高。当两种高聚物的溶解度参数接近时，便容易发生互溶和扩散，得到比较高的粘接强度（见图4）。

图2分子链的相互扩散

图3 扩散作用的某些因素对粘接的贡献

图4 剥离强度与溶解度参数的关系

一般说，同种无定形聚合物（如橡胶）的自粘作用的机理主要是扩散作用，在无定形聚合物（如橡胶）胶粘剂的粘接过程中，一切有利扩散作用过程的因素，如降低无定形聚合物（如橡胶）分子质量，延长胶粘剂/被粘物体系的接触时间及升高粘接操作温度等，均可导致粘接性能的提高。Borozncui提出当两种聚合物在高于其玻璃化温度（Tg）的条件下紧密接触时，长链大分子将互相扩散，使粘合界面消失，形成过渡区，从而产生牢固的结合。如聚碳酸酯的粘合，用适当的溶剂将其表面处理后，在压力下可产生了很好的粘接，原先的界面不易看出，但存在一个过渡区。在过渡区，聚合物的结构发生了一些变化，显示出发生了 相互扩散。值得注意的是，只有当溶剂使大分子链松动，并使有些大分子链迁移时，扩散才有可能。因此对于具有相似的溶度参数、相容性好的两聚合物在高于其Tg温度条件下，相互扩散是粘接的主导机理。Kaelble提出在界面上大分子链段互相扩散必须满足热力学和动力学两个条件，其中热力学条件是胶粘剂与被粘物之间的相容性；动力学条件是高分子链段运动有显著的速度。

但扩散理论很难解释不发生界面扩散的聚合物基体与无机增强材料之间的粘接现象。

2.4静电理论

该理论认为，两相表面若带有不同的电荷，在界面区容易产生接触电势并形成双电层，相互接触时会发生电子转移而互相粘结（见图5）。

图5 界面的静电相互作用

在某些粘接体系中，静电作用确实能对粘接性能有所贡献。如当金属与非金属物质（如聚合物）紧密接触时，由于金属物质对电子的亲合力低，非金属物质对电子的亲合力高，在界面区容易产生接触电势并形成双电层。双电层导致的静电吸力有时候是界面粘接力的成因之一。但在一般情况下，静电吸引所提供的粘接力几乎可以忽略不计；另外，静电理论也不能解释温度、湿度及其它各种因素对粘接强度的影响。

2.5界面的机械作用

聚合物基体充满或部分充满增强材料的孔隙或凹面，固化后，在界面区形成各种形式的啮合结构，使增强材料与聚合物基体连接成整体，这就是界面的机械作用。这些情况类似于木加工中的嵌接、钉子与木材的钉接等。典型机械连接模型见图6。例如，一些天然纤维自身表面的不规则性是形成良好界面粘接的有利因素，蔡长庚等针对环氧基体与竹节状有机纤维体系，采用单丝拔出试验和动态力学分析研究了环氧树脂基复合材料中基体与竹节状有机短纤维之间的界面力学特性，发现在弱界面结合的条件下，竹节状有机短纤维中凸节的存在可以提高纤维与基体之间的界面结合强度，也有利于纤维末端界面剪切应力的传递。

图6 各种机械连接模型

增强材料表面的糙化处理是一个增大增强材料表面积的过程。设增强材料的表观几何面积为a，糙化处理后实际面积为a′，则表征糙化程度的糙化系数φ为：

φ=a′/a≥1 设液滴在光滑固体表面的接触角为θ，在经糙化处理后表面的接触角为θ′，对于糙化表面，根据Wenzel的研究，若θ＜90°，则cosθ＞0，即聚合物基体/被粘增强材料系呈湿润性良好的情况下，θ′＜θ，糙化表面的湿润性和粘附功均大于光滑表面的相应值；若θ＞90°，则cosθ＜0，即体系湿润性不良的情况下，θ′＞θ，糙化表面的湿润性和粘附功均小于光滑表面的相应值。例如，低表面能的有机硅胶粘剂，由于其对氟塑料表面有较好的湿润能力，对经过糙化 处理的氟塑料的粘接强度大于未处理试样的相应值。而表面能较高的环氧胶粘剂，由于其对氟塑料表面的湿润性不好，对经过糙化处理的氟塑料的粘接强度反而低于未处理的试样的相应值。但氟塑料表面经过萘钠络合物溶液处理后，其表面化学结构有很大的改变，表面能大幅提高，这时，有机硅胶粘剂和环氧胶粘剂对其表面均呈良好的湿润状态。对经过糙化处理后，再作萘钠处理的氟塑料试样的粘接力均大于未经糙化处理（仅进行萘钠处理）的氟塑料的相应值。

2.6化学键理论

化学键理论是目前应用最广的一种理论，也是最古老的界面形成理论。此理论认为两物体接触时，一种物质表面上的官能团与另一物质表面上的官能团起化学反应，在两者之间生成化学键结合，形成界面，从而实现有效粘接，如图7（a）所示；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相互结合，形成界面，提高增强材料与基体材料之间的粘接强度，如图7（b）所示。

根据化学键理论，偶联剂在提高树脂基体与玻璃纤维增强材料之间的界面结合性能上得到了有效地发展，例如硅烷偶联剂(如图8所示)，一般形式是Y-R-SiX3，其一端硅氧基可与玻璃纤维表面的硅醇基团反应结合，另一端的有机官能团可参与基体树脂分子的固化反应。通过偶联剂的作用，树脂基体和玻璃纤维增强材料实现了界面的化学结合，提高玻纤与树脂的界面强度，尤其是耐水的侵袭能力，有效地提高了复合材料的性能。碳纤维、有机纤维等的表面处理也是根据化学键理论得以发展，在表面氧化、等离子、辐照等处理过程中(如图9所示)，纤维表面产生了“-COOH、-C=O、-OH”等含氧活性基团，可显著提高其与树脂基体的反应能力，使界面形成化学键，大大地改善了界面粘结强度。

图7界面的化学反应

图8 硅烷偶联剂与玻纤和树脂间形成的界面

图9 碳纤维表面处理

但有些现象难以用化学键理论给出令人满意的解释。例如，难以解释树脂基体固化放热冷却时，复合材料热应力松弛的现象。

3结语

综上所述，利用各粘合理论解释聚合物粘合机理均有一定的合理性与局限性。在实际复合材料界面现象中，基体与增强材料间界面的形成与破坏是一个极其复杂的物理及化学变化过程，与此有关的物理及化学因素都会影响到界面的形成、结构、性质、作用以及界面对复合材料性能的影响等，因而实际的界面情况要比理论分析复杂得多。对界面的研究至今尚缺统一的认识，同时也缺乏对界面的定量分析。因此目前尚需在三个方面有所突破，一是改善界面测试与表征手段，使所得数据更能真实反映界面的特征，建立材料表面与界面的数学模型；二是建立微观结构与宏观性能的关系模型，使理论模型与试验数据具有良好的相关性； 三是进一步改进材料制备工艺，以制备界面性能优异的复合材料。

总之，聚合物基复合材料界面粘合理论研究是一个极其错综复杂、且涉及多学科交叉的研究领域，只有灵活地运用各种粘接理论，才可加深对粘接现象的了解，做到对具体的粘结现象由定性描述提升到定量分析，从而进一步丰富和发展复合材料界面粘合理论，使其更加系统、完善，以有助于复合材料性能的进一步提高。参考文献

[1] 胡福增，郑安呐.聚合物及其复合材料表界面[M].北京：中国轻工出版社，2001.[3] S·吴.高聚物的界面与粘合[M].潘强余，吴敦汉译.北京：纺织工业出版社，1987.[4] 赵玉庭，姚希曾.复合材料基体与界面[M].上海：华东化工学院出版社，1991.

第二篇：STP理论简介

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STP理论简介

一、创始人

市场细分（Market Segmentation）的概念是美国营销学家温德尔·史密斯(Wended Smith)在1956年最早提出的，此后，美国营销学家菲利浦·科特勒进一步发展和完善了温德尔·史密斯的理论并最终形成了成熟的STP理论（市场细分（Segmentation）目标市场选择（Targeting）和市场定位（Positioning））。它是战略营销的核心内容。

二、STP释义

STP理论中的S、T、P分别是Segmenting、Targeting、Positioning三个英文单词的缩写，即市场细分、目标市场和市场定位的意思。

STP理论的内容要义

STP理论的根本要义在于选择确定目标消费者或客户，或称市场定位理论。根据STP理 论，市场是一个综合体，是多层次、多元化的消费需求集合体，任何企业都无法满足所有的需求，企业应该根据不同需求、购买力等因素把市场分为由相似需求构成 的消费群，即若干子市场。这就是市场细分。企业可以根据自身战略和产品情况从子市场中选取有一定规模和发展前景，并且符合公司的目标和能力的细分市场作为 公司的目标市场。随后，企业需要将产品定位在目标消费者所偏好的位置上，并通过一系列营销活动向目标消费者传达这一定位信息，让他们注意到品牌，并感知到 这就是他们所需要的。

STP理论是指企业在一定的市场细分的基础上，确定自己的目标市场，最后把产品或服务定位在目标市场中的确定位置上。

市场细分是指根据顾客需求上的差异把某个产品或服务的市场逐一细分的过程。

目标市场是指企业从细分后的市场中选择出来的决定进入的细分市场，也是对企业最有利的市场组成部分。

市场定位就是在营销过程中把其产品或服务确定在目标市场中的一定位置上，即确定自己产品或服务在目标市场上的竞争地位，也叫“竞争性定位”。在最大限度上为客户提供优质、高技和满意的服务，最好的方法就是进行市场细分，选定目标客户、定位目标市场，这就是STP理论。

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第三篇：热界面材料

热界面材料

多数传统的ＴＩＭ均是有聚合物内添加导热粒子（如金属、陶瓷、炭黑等），通常热界面材料的润湿性取决于基体材料特性，而传热系数取决于填充材料及界面条件，高填充率提高传热系数但降低了润湿性，这是传统ＴＩＭ的局限所在，而碳纳米管则突破了该矛盾。导热胶：在基体内部加入一些高导热系数的填料，如SiC、AlN、Al2O3、SiO2等，从而提高其导热能力。其硬化温度一般低于150℃

导热系数差： 0.7W/Mk

导电银浆和锡浆：导电银浆是在环氧树脂内添加银粉，其硬化温度一般低于２００℃，热传导系数为２０Ｗ／（ｍ·Ｋ）左右，具有良好的导热特性、同时粘贴强度也较好，但银浆对光的吸收比较大，导致光效下降。

银浆会吸光。

导电锡浆的热传导系数约为５０Ｗ／（ｍ·Ｋ），是以上三种键合材料中热导特性最优的，一般用于金属之间焊接，导电性能也很优越。

金锡合金共晶焊接：

利用金属的共晶点将两种金属焊在一起，在各种合金焊料中，Ａｕ－Ｓｎ的共晶温度只有２８０℃，适合作为大功率ＬＥＤ芯片的粘结材料。

碳纳米管：

目前多壁碳纳米管（ＭＷＮＴ）测得的导热系数约５００～３０００Ｗ／（ｍ·Ｋ），而单壁碳纳米管（ＳＷＮＴ）高达３５００Ｗ／（ｍ·Ｋ），具有高导热、热导率各向异性、径向面内低热膨胀系数、轻质、抗老化、抗氧化等突出优点，是目前能够适应不断提高的芯片功率的最佳热界面材料。

第四篇：界面 教案

一、室内界面的要求和功能特点

1.设计要求（边引导提问边根据答案总结）装修的时间不能太长怎么办？

在室内生活和学习要舒适和安全怎么办？

装修不能只用一两天就无法用了要怎么办？

（1）耐久性能（2）——装饰性能（3）阻燃性能

（4）修构造合理、施工方便

（5）声学、保温等物理性能

（6）防潮（水）性能

（7）环保（8）造价合理

2.各界面的功能特点

顶界面—— 美观、轻质、吸声、平整、光反射性能好 侧界面——美观、隔热、吸声、防潮

底界面——防滑、耐磨损、清洁、美观、防静电

二、空间界面材料的合理选用

界面装饰材料的选用，需要考虑几方面的要求：

1、适应室内使用空间的功能性质

对于不同功能性质的室内空间，需要由相应类别的界面装饰材料来烘托室内的环境氛围。

2、适合建筑装饰的相应部位

不同的建筑部位，相应地对装饰材料的物理、化学性能、观感等的要求也各不同。

3、符合更新，时尚的发展的需要

设计装饰后的室内环境，通常并非“一劳永逸”，是需要更新。原有的装饰材料需要由更好性能的、更为新颖美观的装饰材料来取代。

另注意，室内界面处理，无论是铺或贴材料都是“加法”，但一些结构体系和结构构件的建筑室内，是可以作“减法”的，如明露的结构构件，也是一种趋势。在有地方材料的地区，选用当地材料，既减少运输，降低造价，又使室内装饰具有地方风味。

界面装饰材料的选用，还应考虑便于安装、施工和更新。

现代室内装饰的发展趋势，是“回归自然”因此室内界面装饰常适量地选用天然材料。它们和人们的感受易于沟通。

常用的木材、石材等天然材料的性能如下：

木材：具有质轻、强度高、韧性好、热工性能好且手感、触感好等特点，纹理和色泽优美愉悦，易于着色和油漆，便于加工、连接和安装，但需注意放火和防蛀处理。

石材：浑实厚重，压强高，耐久、耐磨性能好，纹理和色泽极为美观。其表面根据装饰效果需要，可作凿毛、烧毛、亚光、磨光镜面等多种处理，但天然石材作装饰用材时应注意材料的色差，如施工工艺不当，湿作业时常留有明显的水渍或色斑，影响美观。（花岗石、大理石）

三、室内界面处理及其效果（感受）——重难点

人们对室内环境气氛的感受，通常是综合的、整体的。既有空间形状，也有作为实体的界面。视觉感受界面的主要因素有：室内采光、照明、材料的质地和色彩、界面本身的形状、线脚和面上的图案肌理等。

对于感兴趣的空间，哪些是你觉得设计的好的部分？这部分是用什么形式和什么材料及色彩和肌理表现的？

1、界面的形态

界面的线形——界面上的图案、界面边缘、交接处的线脚以及界面本身的形状。（1）界面上的图案与线脚

界面上的图案必须从属于室内环境整体的气氛要求，起到烘托、加强室内精神功能的作用。根据不同的场合，图案可能是具象的或抽象的，但要考虑到与室内装饰物的协调。界面的边缘、交接、不同材料的连接，它们的造型和构造处理，即所谓的“收头”，是室内设计中的难点之一。通常以线脚处理。界面的图案与线脚，它的花饰和纹样，是室内设计艺术风格定位的重要表达语言。

（2）界面的形状

界面的形状——较多的情况是以结构构件、承重墙柱等为依托，以结构体系构成轮廓，形成平面、拱形、折面等不同形状的界面；也可以根据室内使用功能对空间形状的需要，脱开结构层另行考虑。

（3）界面的不同处理与视觉感受

室内界面由于线形的不同的划分、花饰大小的尺度各异、色彩深浅的各样配置以及采用各类材质，都会给人视觉上的不同的感受。

参看图例，随着提问，结合第三章内容——心理感受，加强学生对图案影响界面划分的理解。

（补充知识点。）

线形划分与视觉感受：

垂直划分——空间紧缩增高；

水平划分——空间开阔降低；

色彩深浅与视觉感受：

顶面深色——空间降低；

顶面浅色——空间增高；

花饰大小与视觉感受：

花饰大尺度——空间缩小

小尺度花饰——空间增大

材料质感与视觉感受：

石材、面砖、玻璃——挺拔、冷峻

木材、织物——亲切感。

2、材料的质地

室内装饰材料的质地，根据其特性大致可分为：

天然材料——人工材料；

硬质材料——柔软材料；

精致材料——粗犷材料

作业：收集资料，参考笔记，请同学们做一公共空间——XX公司经理室的室内界面初稿设计，可用平面或者立面图表示，要求界面设计合理、美观、材料选用得当。（选用经理室作为设计对象的目的在于锻炼学生对一功能目标明确、整体划分相对单一的空间进行设计，目的在于界面的连接设计和区别分析，避免居室设计的目的在于回避居室设计中风格明显、功能划分多等问题）板书

界面

一、室内界面的要求和功能特点

1.设计要求

2.各界面的功能特点

顶界面——美观、轻质、吸声、平整、光反射性能好

侧界面——美观、隔热、吸声、防潮

底界面——防滑、耐磨损、清洁、美观、防静电

二、空间界面材料的合理选用

1、适应室内使用空间的功能性质

2、适合建筑装饰的相应部位

3、符合更新，时尚的发展的需要

三、室内界面处理及其效果（感受）

1、界面的形态

（1）界面上的图案与线脚

（2）界面的形状

（3）界面的不同处理与视觉感受

2、材料的质地

室内装饰材料的质地，根据其特性大致可分为：

天然材料——人工材料；

硬质材料——柔软材料；

精致材料——粗犷材料

第五篇：ML758木铝复合门窗系列简介

系列简介

产品功能：此产品款按款式分为欧式和法式系列，两系列均有内平开窗、平开门、折叠门；密封、保温、隔音性能卓越；建筑室内外装饰效果好。

内平开窗：平开时能开启0°—180°范围内通风；操作上悬时，窗扇能

向内悬出150mm通风；单扇承重100kg。

平开门：平开时能开启0°—180°范围内通风及通行，单扇承重130kg。折叠门：能实现所有门扇开启折叠在一起。

产品特点：既有铝合金门窗的强度又有木门窗的装饰效果；它是采用断桥铝合金型材

与实木复合在一起的型材加工而成，门窗的主要受力结构为断桥铝合金，室外为铝合金门窗款式风格，室内展示为实木门窗款式风格。

产品应用：建筑要求配铝合金门窗，室内又要求有实木感暖色调的最佳选择应用，即别墅、会所、高档公寓、办公楼等场所室外门窗所选择应用。

配置

型材规格标配：断桥隔热铝复合实木/框厚75mm/框小面宽48mm/框大面框70mm铝型材基本壁厚1.4mm—2.0mm。

铝材颜色标配：喷涂白色/电泳香槟色

选配：喷涂色中的颜色。

木材选配：俄罗斯松木/美国红橡木/美国红樱桃木/美国黑胡桃木

木材颜色选配：实木色卡中的颜色

玻璃标配：5+12A+4+12A+5三层中空白玻

选配：中空层加装饰条/中空层加电动百叶/中空钢化玻璃/中空夹胶玻璃/

夹胶防弹玻璃/磨砂玻璃/特殊艺术玻璃。

五金： 标配德国SI平开上悬窗件/SI平开门件/SI折叠门件

胶条： 标配黑色三元乙丙胶条。

门窗套： 选配俄罗斯松木套/美国红橡实木套/美国红樱桃实木套/美国黑胡桃实木套 纱门窗： 选配铝合金SP平开纱窗/隐形纱门窗/平开安全防护纱门窗