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【环氧板】复合材料的界面

环氧板复合材料的界面是决定复合材料力学性能的核心因素,因此对环氧板复合材料的界面研究是必不可少的。由于环氧板复合材料不具导电性,不可用SEM直接观察。若采用喷金处理,虽可以观察其形貌,但界面的微观结构不清晰,又由于高聚物的非晶特性,TEM只能观察其无定型结构,故界面研究主要分析界面组成物的形貌、形成和分布等情况,采用的手段多为原子力显微镜和拉曼光谱。


界面处的拉曼光谱也反映纤维表面(界面)化合物组成在材料制备过程中的变化。
环氧板纤维内部的拉曼光谱也出现类似的峰。两种玻璃基复合材料界面处的830cm-1峰与其纤维内部及树脂基复合材料纤维内部的siC拉曼峰都有相近似的强度,但都显著大于树脂基复合材料纤维表面该峰的强度。考虑到Sic纤维优良的热力学稳定性和复合材料的常温制备工艺,树脂基与纤维表面不应发生任何化学反应,基体内纤维与原材料纤维的表面应具有相同的化学组成,故830cm-'峰很大程度上取决于Nicalon纤维中SiC的浓度。所以,两种玻璃环氧板材料界面处的siC浓度显著高于树脂内纤维表面,亦即原材料纤维表面的SiC浓度。始圣51但在碳纳米 管增强环氧板复合材料中,由于碳纳米管几乎是由排列成正六边形的sp2杂化的碳原子组成,因此它对绝大多数有机物来说是惰性的。这种惰性导致环氧板复合材料的界面黏结很差,影响复合材料的性能提高。对CNT进行官能化改性是改善复合材料界面的首要方法。官能化的主要方法可分为3大类:①通过化学反应在CNT的表面接枝化学基团;②使用有机高分子物理缠绕包裹CNT来改善CNT与其他有机物的相容性;③采用物理方法使CNT的两端打开,然后将有机分子填充到CNT内部的空腔中。


CNT的侧壁化学接枝法是改善
环氧板复合材料界面和CNT分散性最有效的方法。化学接枝法主要通过卤化、氢化、开环加成、自由基加成、亲电加成、接枝大分子和加成无机化合物的方式实现。自由基加成是CNT改性最常用的有效方法,如图5-36所示的是碳纳米管侧壁发生加成反应的各种官能化方法。在卤化反应中,接枝在CNT侧壁上的氟原子可以进一步被烷基、氨基等其他基团所取代。若将引发剂引发的丙烯酸缩水甘油酯环氧树脂自由基加成到CNT的侧壁,可改善CNT与环氧基体的界面o采用间氯过氧化苯甲酸氧化CNT,使CNT侧壁的碳碳双键被氧化生成环氧基团,从而提高了CNT与环氧树脂基体的界面结合和力学性能。若采用浓硝酸和浓硫酸处理碳纳米管,CNT侧壁被氧化成含氧官能团(如羧基、羟基、羰基等),这些含氧基团还可以进一步通过酯化、酰胺化等反应接枝环氧、氨基等官能团。

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