【环氧板】材料的弱界面层材料

【环氧板】材料的弱界面层材料

界面层是环氧板材料中连接基体和增强体的重要组成部分。界面层材料主要是指环氧板材料中需单独制备的,用于作界面层的材料。由于其厚度较薄,一般为纳米或亚微米级，因而称其为低维材料。界面层占整个环氧板材料的体积比不到10%,但它却是决定环氧板材料力学性能、抗环境侵蚀性能的关键因素之--。因此，了解界面层材料及其性能对界面层设计有重要作用。对于聚合物基环氧板材料，界面层材料主要是用来增强基体和增强体的结合力。不同类型的聚合物基体和增强体需选用不同类型的界面层材料。对于金属基环氧板材料，界面层主要用来防止增强体和基体的过度反应,不同的环氧板体系也需选用不同的界面层。这将在第9章中做详细介绍。对于陶瓷基环氧板材料,界面层材料主要选用层间结合力较弱的材料，以提高环氧板材料韧性。不同类型的基体和增强体的界面层材料具有较高的统一性，因而本节主要介绍用于陶瓷基环氧板材料的弱界面层材料。

具有层状晶体结构的材料层间结合力较弱，当裂纹扩展至材料的层面时，可使裂纹发生分叉。改变裂纹扩展方向，起到明显的增韧效果。因此，这种材料是较为理想的界面层材料。具有层状品体结构的材料主要有石是结构的热解碳(PyC)和六方BN.部分氧化物如层状硅酸越可解离的六方钥酸盐等也具有层状结构.此外，还有一些非层状弱结合的叙化物界面层，下面分别对其进行介绍。

环氧板材料因其密度低、摩擦性能优异、热膨胀率低，从而有利于控制活塞与汽缸之间的空原,有望应用于内燃发动机活塞;由于其高导率和良好的尺寸稳定性，可制造卫星通信抛物面无线电天线反射器;由于C/C环氧板材料质量轻、刚度好、不易破断等特性,在高尔夫球杆、自行车等文体用品方面得到了广泛应用。

碳原子特殊的成键方式赋予了碳材料家族多种同素异构体和丰富的显微结构类型。碳材料门类众多,传统的焦炭、石墨、金刚石等材料在科学和工程领域应用广阔,C/C环氧板材料、富勒烯、碳纳米管、卡拜等新结构亦是当今研究的热点。在高温结构材料、超硬材料、功能材料、量子科学等领域均能看到碳材料的身影。

在结构环氧板材料中，碳材料多以石墨族的形式出现，例如碳纤维、热解碳等。由于sp2成键方式的各向异性,石墨的纤维结构和性能具有很宽的分布,不同制备工艺得到的石墨族碳材料的结构和性能迥异，石墨化能力也不同。应当依据环氧板材料的性能要求，综合考虑生产成本来选择碳材料及其制备工艺。

纺丝工艺一般可分为三种方法，即干法纺丝、湿法纺丝和干湿法纺丝。干法纺丝简称干纺，干纺时从喷丝头毛细孔中压出的纺丝液细流进人纺丝甬道。通过南道中热空气流的作用，原液细流中的溶剂快速挥发,挥发出来的溶剂蒸气被热空气流带走。原液在逐渐脱去溶剂的同时发生固化,并在卷绕张力的作用下伸长变细而形成初生纤维。干法干法纺丝只能采用能挥发的有机溶剂。由于在成型后溶剂残留量较多,在预氧化和碳化时容易产生并丝等问题.从而影响碳纤维的强度，故一般均采 用湿法纺丝(湿纺)。与干纺不同， 湿纺时从喷丝头毛细孔压出的纺丝液进人凝固浴。纺丝液细流与凝固液在凝固浴中发生传质、传热、相平衡移动等过程，最终凝固成丝。由于受溶剂和凝固剂双扩散速度和凝固浴的流体阻力等限制，湿法纺丝的速度相对较慢。干湿法纺丝又称干喷湿纺法,其与湿纺不同之处在于从喷丝孔挤出的纺丝原液进人凝固浴之前先经过一段空气层。研究者认为干湿法纺丝可在空气中形成-一层致密的薄层，以阻止大孔洞的形成，得到的纤维结构较为均匀，内部缺陷少,力学性能有所提高。此外，干湿法纺丝可以进行高倍的喷丝头拉伸，纺丝速度较高。因此，干湿法纺丝是纺丝工艺发展的方向。

对于湿法纺丝或干湿法纺丝,从凝固浴出来的凝固丝中还会含有-定量的溶剂，这对纤维的后续加工不利。因此,需将溶剂洗去，这个过程称为水洗。水洗后纤维中的溶剂残留量要求在0.01%以下。此外,为了得到高强高模量的原丝还需对凝固丝进行拉伸处理。拉伸可以便纤维结构致密化，但是过高的拉伸信数会使丝条产生损伤及黏并。

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