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聚合物基【环氧板】材料的界面


聚合物基
环氧板材料是由增强体(纤维、颗粒、晶须)与聚合物基体(热固性或热塑性树脂)环氧板而成的多相材料。根据基体的特性不同,聚合物基环氧板材料分为热塑性环氧板材料和热固性环氧板材料两类,热塑性环氧板材料的成型分两步进行:①热塑性聚合物基体的熔体和增强体之间的接触与润湿;②环氧板后体系的冷却凝固成型。由于热塑性聚合物熔体的黏度很高,很难通过渗透使熔体填充增强体之间的空隙。热固性聚合物基环氧板材料的成型方法不同于热塑性聚合物基环氧板材料,其基体黏度较低,又可溶于溶剂中,有利于基体对增强体的浸润。聚合物基环氧板材料的界面是在成型过程中形成的,分为两个阶段。

1)基体与增强体的接触与润湿

由于增强体对基体分子中的各种基团或基体中各组分的吸附能力不相同,增强体总是要优先吸附那些降低其表面能的物质或基团,因此聚合物的界面结构与本体不同。

2)聚合物的固化

该阶段聚合物通过物理或化学的变化而固化,形成固定界面层。该阶段受第--阶段的影响,同时它直接决定所形成界面层的结构。以热固性树脂的固化为例,树脂的固化反应可借助固化剂或靠本身基团的反应来实现。在由固化剂来固化的过程中,固化反应是以固化剂为中心的辐射状向四周扩展,最后形成中心密度大、边缘密度小的非均匀固态结构。密度大的部分称胶粒,密度小的部分称胶絮。有树脂本身基团反应的固化过程也出现类似的现象。界面层可以看做是一个单独的相,但是界面相又依赖于两边的相。界面与两边的相结合状态对
环氧板材料的性能起着重要作用。界面层的结构主要包括界面结合力的性质、界面层的厚度、界面层的组成和微观结构。界面结合力存在于两相之间,可分为宏观结合力和微观结合力。宏观结合力是由裂纹及表面的粗糙产生的机械咬合力,而微观结合力包括化学键和次价键,这两种键的相对比例取决于其组成成分和表面性质。化学键的结合力最强,对界面结合强度起主要作用。因此,为提高界面结合力,要尽可能多向界面引入反应基团,增加化学键的比例。如碳纤维增强环氧板材料可通过低温等离子处理以提高界面的反应性,增加化学键比例,达到提高环氧板材料性能的目的。

界面及其附近区域的性能、结构均不同于组分本身,因而构成界面层。界面层由纤维与基体的结合界面以及基体和纤维表面的薄层构成。从微观上看,界面区可看成是表面原子及表面亚原子构成的,但影响界面区的亚原子层有多少,目前尚不清楚。一般情况下,聚合物其体表面层的厚度约为增强的无机纤维的数十倍,它在界面层中所占的比例对
环氧板材料的性能影响很大。界面层的总厚度一般为数十个纳米。

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