【环氧板】物理界面结合

了解环氧板材料的界面结合机理,是研究界面性质的基础。不同类型的环氧板材料,其界面结合机理有所不同，进而造成界面性能存在较大区别。但不论哪种界面结合，都可根据界面是否 发生化学反应而分为物理结合和化学结合。下 面对这二者分别予以介绍。
界面上不发生化学反应的结合称为物理结合，主要有润湿现象、机械作用、静电作用和溶解作用等。

(1)界面浸润理论。在此，首先介绍润湿现象。润湿是液体与固体接触时所产生的一种表面现象，主要研究的是液体对固体表面的亲和情况。如果滴液滴在固体表面上，则可形成 如图7-3所示情况。其中θ是液体表面张力(将在第9章做进一步介绍，由 于液气界面张力与 之差别较小，故可代用) 2和液固张力-间的夹角,称为接触角。0r为固气张力。通常将 θ作为润湿与否的依据。当θ=0°时,称为完全润湿;当θ< 90°时，称为润湿;当0> 90°时，称为不润湿;当θ=180°时，则称为完全不润湿,液体在固体表面呈球状。根据润湿现象,Zsiman于1963年提出界面浸润理论。其主要论点是增强体被液体聚合物良好浸润是极其重要的，浸润不良会在界面上产生空隙，易使应力集中而导致环氧板材料开裂。如果完全浸润,则基体与增强体间的黏结强度将大于基体的内聚强度,增强体可以起到良好的增强效果。润湿理论认为聚合物与增强体的结合属于机械黏结和润湿吸附。前者是一种机械镶嵌现象，在基体和增强体间充分润湿的基础上，通过机械镶嵌黏结;后者则是主要通过范德华力的作用实现黏结。

Zsiman还提出基体与增强体产生良好结合的两个条件,即:
1)液体黏度要尽量低。这是因为当液体较黏稠时，不能充分流人增强体表面小的孔穴，造成界面的机械结合强度降低,从而导致环氧板材料性能下降;
2)σg要略大于GgI,即液态聚合物的表面张力必须低于增强体的表面张力,有利于提高基体与增强体的润湿吸附，提高界面结合强度，进而提高环氧板材料的性能。润湿理论解释了增强体表面粗化、表面积增加有利于提高与基体聚合物界面结合力的现象。但单纯以基体和增强体的润湿性好坏来判定两者之间的黏结强度是不全面的。一方面，这仅从热力学角度判断能否润湿,没有考虑动力学因素。前者说明了两个表面结合的内在因素，表示了结合的可能性,但没有时间的概念。后者则能说明实际应用中产生界面结合的外部因素，如温度、压力等的影响。这也是影响界面结合强度的因素。另一方面，润湿理论不能解释在增强体表面加人偶联剂后降低了聚合物都纤维的浸润能力,但却使环氧板材料界面黏结强度提高的现象。因此，偶联剂在环氧板材料界面上的偶联效果还存在更本质的原因。
(2)机械作用。两个表面接触时,将会由于表面粗糙不平而发生机械互锁，如图7-4所 示。大部分材料表面是粗糙不平的,具有一定的粗糙度。 当增强体和基体接触后发生相对运动或具有运动趋势时，两者会产生摩擦力,从而实现界面力学传递的作用。该理论解释了部分环氧板材料中增强体表面越租糙，界面结合强度越高的现象。但对于聚合物基环氧板材料，当增强体表面粗糙度较大时其表面就会存在较多小孔穴，而黏稠的聚合物是无法浸润这些小孔穴的。这不仅可能会造成界面脱黏的缺陷，也可能会造成应力集中,不利于环氧板材料强度的提高。
对于环氧板材料的机械结合界面，在增强体和基体不润湿时,同样可以实现界面结合，但结合效果会有所降低。
(3)静电作用。机械作用虽然能很好地解释部分环氧板材料中增强体表面越粗糙，界面结合强度越高的现象,但却不能解释当两个表面特别光滑时,界面结合强度却增大的现象。因此，又有学者提出静电作用理论。即当环氧板材料不同组分带有不同电荷时，将发生静电吸引，如图7-5所示。但这只在原子尺度量级内才有效。
(4)溶解作用。对于金属基环氧板材料,存在增强体和基体不发生反应，但可以相互溶解的现象。此类界面一般为溶解浸润结合。界面层为原组成物质犬牙交错的溶解扩散界面层，基体的合金元素和杂质可能在界面富集或贫化。该类界面的结合和基体与增强体的润湿性能有关。聚合物基环氧板材料中的润湿理论在此也同样适用。但一般金属纤维表面会存在-层氧化膜,阻碍液态金属对纤维的浸润。此时就需要在使用前将纤维表面的氧化膜破坏,提高基体和增强体的润湿性能，使其接触角小于90°。这类环氧板材料有C/Ni,W(表面镀Cr)/Cu,W/Nb,台金共晶/同一合金等。