將在沒有外力作用下,物理、化學(xué)性質(zhì)完全相同、成分相是具有一定厚度的區(qū)不同相之間會(huì)有明確的物理界面。該物理界面不是幾何意義上 相鄰 兩相的特殊性城。由于界面原子能量不同于界面兩側(cè)原子能量,因而該區(qū)域具有基體與增強(qiáng)體之間化學(xué)質(zhì)。一般將固相或液相與氣相的界面稱為表面。復(fù)合材料的界面是指界面相則是復(fù)合成分有顯著變化、構(gòu)成彼此結(jié)合、能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。材料之間具有一定尺度、在結(jié)構(gòu)和原組元材料上有明顯差別的新。首廈由約在數(shù)納米至數(shù)環(huán)氧板材料界面在物理結(jié)構(gòu)上呈層狀或帶狀,厚度一般同工其體和增強(qiáng)體中的任何微米之間。雖然界面較小，但其仍有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，且不同于機(jī)地強(qiáng)體相互擴(kuò)散的產(chǎn)物，也可以相。復(fù)合材料界面在化學(xué)成分上也較為復(fù)雜，可以是基體和增強(qiáng)學(xué)組成也會(huì)完全不同于基是基體和增強(qiáng)相的化學(xué)反應(yīng)物，還可以是單獨(dú)制備的一層物質(zhì),體和反應(yīng)物。此外，界面還可能含有增強(qiáng)體涂層元素和環(huán)境帶來的雜質(zhì)元素等。復(fù)合材料界面是復(fù)合材料中極為重要的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和性能直接影響復(fù)合材料的性能。因此，深人研究界面性質(zhì)，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行控制，是獲得高性能環(huán)氧板材料的關(guān)鍵。

了解復(fù)合材料的界面結(jié)合機(jī)理，是研究界面性質(zhì)的基礎(chǔ)。不同類型的復(fù)合材料,其界面結(jié)合機(jī)理有所不同，進(jìn)而造成界面性能存在較大區(qū)別。但不論哪種界面結(jié)合，都可根據(jù)界面是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而分為物理結(jié)合和化學(xué)結(jié)合。

界面上不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合稱為物理結(jié)合，主要有潤濕現(xiàn)象、機(jī)械作用、靜電作用和溶解作用等。

界面浸潤理論。在此，首先介紹潤濕現(xiàn)象。潤濕是液體與固體接觸時(shí)所產(chǎn)生的一種表面現(xiàn)象，主要研究的是液體對(duì)固體表面的親和情況。如果一滴液滴在固體表面上，則可形成如圖7-3所示情況。其中θ是液體表面張力(將在第9章做進(jìn)-一步介紹，由于液氣界面張力與 之差別較小，故可代用)σg 1和液固張力0-間的夾角，稱為接觸角。σg-s 為固-氣張力。通常將 θ作為潤濕與否的依據(jù)。當(dāng)θ=0°時(shí)，稱為完全潤濕;當(dāng)θ< 90° 時(shí)，稱為潤濕;當(dāng)θ> 90° 時(shí)，稱為不潤濕;當(dāng)θ=180°時(shí),則稱為完全不潤濕，液體在固體表面呈球狀。

根據(jù)潤濕現(xiàn)象,Zsiman于1963年提出界面浸潤理論。其主要論點(diǎn)是增強(qiáng)體被液體聚合物良好浸潤是極其重要的浸潤不良會(huì)在界面上產(chǎn)生空隙，易使應(yīng)力集中而導(dǎo)致復(fù)合材料開，如果完全浸潤則基體與增強(qiáng)體間的黏結(jié)強(qiáng)度將大于基體的內(nèi)聚強(qiáng)度,增強(qiáng)體可以起到良好的增強(qiáng)效果。洞濕理論認(rèn)為聚合物與增強(qiáng)體的結(jié)合屬于機(jī)械黏結(jié)和潤濕吸附。前者是一種機(jī)械鑲嵌現(xiàn)象，在基體和增強(qiáng)體間充分潤濕的基礎(chǔ)上,通過機(jī)械鑲嵌黏結(jié);后者則是主要通過范德華力的作用實(shí)現(xiàn)黏結(jié)。

Zsiman還提出基體與增強(qiáng)體產(chǎn)生良好結(jié)合的五個(gè)條件，即:

(1)液體黏度要盡量低。這是因?yàn)楫?dāng)液體較黏稠時(shí),不能充分流入增強(qiáng)體表面小的孔穴，造成界面的機(jī)械結(jié)合強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降;

(2)ar-要略大于Grl,即液態(tài)聚合物的表面張力必須低于增強(qiáng)體的表面張力，有利于提高基體與增強(qiáng)體的潤濕吸附，提高界面結(jié)合強(qiáng)度,進(jìn)而提高復(fù)合材料的性能。潤濕理論解釋了增強(qiáng)體表面粗化、表面積增加有利于提高與基體聚合物界面結(jié)合力的現(xiàn)象。但單純以基體和增強(qiáng)體的潤濕性好壞來判定兩者之間的黏結(jié)強(qiáng)度是不全面的。一方面，這僅從熱力學(xué)角度判斷能否潤濕，沒有考慮動(dòng)力學(xué)因素。前者說明了兩個(gè)表面結(jié)合的內(nèi)在因素,表示了結(jié)合的可能性,但沒有時(shí)間的概念。后者則能說明實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生界面結(jié)合的外部因素,如溫度、壓力等的影響。這也是影響界面結(jié)合強(qiáng)度的因素。另一方面，潤濕理論不能解釋在增強(qiáng)體表面加人偶聯(lián)劑后降低了聚合物都纖維的浸潤能力,但卻使復(fù)合材料界面黏結(jié)強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。因此，偶聯(lián)劑在復(fù)合材料界面上的偶聯(lián)效果還存在更本質(zhì)的原因。

(3)機(jī)械作用。兩個(gè)表面接觸時(shí)，將會(huì)由于表面粗糙不平而發(fā)生機(jī)械互鎖，如圖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。當(dāng)增強(qiáng)體和基體接觸后發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，兩者會(huì)產(chǎn)生摩擦力,從而實(shí)現(xiàn)界面力學(xué)傳遞的作用。該理論解釋了部分環(huán)氧板材料中增強(qiáng)體表面越粗糙,界面結(jié)合強(qiáng)度越高的現(xiàn)象。但對(duì)于聚合物基復(fù)合材料，當(dāng)增強(qiáng)體表面粗糙度較大時(shí),其表面就會(huì)存在較多小孔穴，而黏稠的聚合物是無法浸潤這些小孔穴的。這不僅可能會(huì)造成界面脫黏的缺陷，也可能會(huì)造成應(yīng)力集中,不利于復(fù)合材料強(qiáng)度的提高。對(duì)于復(fù)合材料的機(jī)械結(jié)合界面，在增強(qiáng)體和基體不潤濕時(shí),同樣可以實(shí)現(xiàn)界面結(jié)合，但結(jié)合效果會(huì)有所降低。

(4)靜電作用。機(jī)械作用雖然能很好地解釋部分復(fù)合材料中增強(qiáng)體表面越粗糙,界面結(jié)合強(qiáng)度越高的現(xiàn)象，但卻不能解釋當(dāng)兩個(gè)表面特別光滑時(shí),界面結(jié)合強(qiáng)度卻增大的現(xiàn)象。因此，又有學(xué)者提出靜電作用理論。即當(dāng)復(fù)合材料不同組分帶有不同電荷時(shí),將發(fā)生靜電吸引，如圖7-5所示。但這只在原子尺度量級(jí)內(nèi)才有效。

(5)溶解作用。對(duì)于金屬基復(fù)合材料,存在增強(qiáng)體和基體不發(fā)生反應(yīng)，但可以相互溶解的現(xiàn)象。此類界面一般為溶解浸潤結(jié)合。界面層為原組成物質(zhì)犬牙交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散界面層,基體的合金元素和雜質(zhì)可能在界面富集或貧化。該類界面的結(jié)合和基體與增強(qiáng)體的潤濕性能有關(guān)。聚合物基復(fù)合材料中的潤濕理論在此也同樣適用。但一般金屬纖維表面會(huì)存在一層氧化膜,阻礙液態(tài)金屬對(duì)纖維的浸潤。此時(shí)就需要在使用前將纖維表面的氧化膜破壞，提高基體和 增強(qiáng)體的潤濕性能，使其接觸角小于90°。這類復(fù)合材料有C/Ni, W(表面鍍Cr)/Cu,W/Nb,合金共晶/同一合金等。