Page 63 - 《橡塑技术与装备》2019年2期（1月下半月塑料版）
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测试与分析 杨高峰·聚酰亚胺 / 滑石粉 / 碳纤维复合薄膜的界面性能研究
图 11 不同聚酰亚胺复合薄膜的扫描电镜图
现和机体脱落的现象。从 11(b)~(f)，纤维和机体结合
得是越来越紧密，而且碳纤维表面不再像图 11(a)那
样光滑，感觉总会出现一层包覆物，碳纤维的表面也
没有明显的物理凹坑，说明碳纤维本身的强度没有收
到影响。从图中可以看到，稀土浓度为 0.3% 时，碳
纤维与机体之间的界面结合最好，在拉伸断裂时，碳
纤维不能从机体中拉出，只能断裂在里面，其周围也
没有出现有缝隙的情况。这也正好符合了拉伸时，其
拉伸强度最高。
图 12 单分子层理论模型
2.3.3 稀土溶液的作用机理
稀土溶液浓度对复合材料拉伸性能的影响可以用 属，能与元素周期表中大多数非金属形成化学键。从
单分子层理论模型来解释，如图 12 所示。当稀土浓度 软硬酸碱的观点看，稀土元素属于硬酸，因而它们更
较低时，吸附在碳纤维表面少量的稀土原子不能够与 倾向于与被称为硬碱的原子形成化学键。例如，在氧
聚酰亚胺分子形成连续的界面层，使得碳纤维表面与 族元素中，稀土元素更倾向于与 O 形成 RE—O 键。
聚酰亚胺分子之间有空隙，外力作用下，无稀土原子 稀土元素也能与氮族元素形成化学键。稀土元素的另
链接处首先发生界面破坏，反而加速其断裂，增强体 一个特点就是具有大而多变的配位数。配位化学中配
与树脂之间未形成有效的黏着强度，因此降低了复合 位数是指与中心原子相结合的配体数目。统计数据表
材料拉伸性能，如图 12(a) 所示 ；当稀土原子均匀分 明，稀土元素的配位数分布在 3~12 之间，其中配位
布在碳纤维表面，形成单分子层时，碳纤维表面与聚 数为 8 的配合物最多，大约占总数的 37%。能够与稀
酰亚胺分子之间充分黏着，形成均匀致密的界面层， 土形成配合物的基团有： β- 二酮、羧基、羰基、吡啶、
提高了 CF/PI 复合材料拉伸性能，如图 12(b) 所示 ； 卟啉、冠醚、芳香胺、酰胺等。酰胺类衍生物可以与
当稀土浓度较高时，过多的稀土原子之间是较弱的范 稀土元素形成配位聚合物。一般认为，含 N、O 杂原
德华力，复合材料拉伸过程中，破坏首先发生在弱的 子的多齿螯合配体对过渡金属元素、稀土元素均有较
范德华力界面层，如图 12(c) 所示。 强的配位能力。当酰胺类衍生物与稀土元素发生配位
由于稀土元素特殊的 4f 电子层结构，稀土元素本 化学反应时，主要是羰基中的 O 与稀土元素配位，而
身具有突出的化学活性。稀土元素作为一类典型的金 胺基中的 N 不参与配位化学反应。另外，稀土元素还
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