纤维搭桥技术在界面微观力学研究中的应用

界面在纤维增强复合材料中具有非常重要的作用,只有几十纳米到几十个微米的界面区域是复合材料的薄弱区域,严重影响复合材料的力学性能。通过微尺度实验力学研究微观结构与界面微观力学、宏观断裂性能之间的关系,有助于从微观角度解释复合材料界面应力传递和界面脱粘失效机理,从而为实际的纤维补强提供理论指导。显微共聚焦拉曼光谱是首选的界面微观力学研究方法。本文详细介绍了拉曼光谱在纤维搭桥技术中的应用,并重点从搭桥过程中纤维的架桥力、架桥纤维的止裂作用和界面应力传递三个方面综述了裂缝/架桥纤维的交互微力学。     

高性能纤维表面改性及其双马树脂基复合材料界面

采用电感耦合射频等离子体(ICP)和介质阻挡放电(DBD)低温等离子体对高性能连续纤维表面进行改性,分别采用X光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和动态接触角测定仪(DCA)等分析测试手段系统地研究了等离子体处理时间、放电功率、放电气压等对连续碳纤维、聚苯并二噁唑(PBO)纤维改性处理前后,纤维表面状态、表面组成、表面形貌、浸润性能的变化规律以及经等离子体处理前后纤维增强双马树脂基复合材料界面结构与性能的影响关系及变化规律、复合材料界面粘结和破坏机理.研究结果表明,经过等离子体处理后,纤维表面接枝上了大量的含羧基、羟基等极性官能团,表面粗糙度增加,表面自由能增加,纤维浸润性能得到明显改善,导致纤维与双马树脂基体界面层间剪切强度(ILSS)明显提高,复合材料的破坏模式由未处理的界面脱粘破坏转变为等离子体处理后的树脂基体破坏.最后,对纤维表面时效性及其对纤维增强双马树脂基复合材料界面性能的影响关系也进行了论述.     

玄武岩纤维增强树脂基复合材料界面改性策略

近年来,工业界和学术界都将注意力聚焦在可持续天然纤维复合材料的开发上。玄武岩纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、隔热隔音、热振稳定性好、介电性能优异、绿色无污染及成本低等优点,玄武岩纤维增强树脂基复合材料凭借其优异的机械性能和可设计性被广泛地应用于飞行器、汽车、船舶、建筑、石油化工管道及风力发电机叶片等领域。然而,玄武岩纤维与聚合物基底间差的相容性导致玄武岩纤维增强树脂基复合材料存在诸多缺陷和不足。其中,界面强度不够高、界面相易被破坏的问题成为制约玄武岩纤维增强树脂基复合材料发展的瓶颈之一,因此许多玄武岩纤维增强树脂基复合材料研究工作集中在提高其界面结合能力上。本文介绍了玄武岩纤维增强树脂基复合材料的主要研究方向,以及几种常见的复合材料界面作用机理,并综述了近年来国内外关于玄武岩纤维增强树脂基复合材料界面增强改性方面的研究工作。     

纳米无机粒子/聚合物复合材料界面结构的研究

纳米粒子具有许多特性,聚合物中加入纳米粒子可以制备得到性能更加优异的复合材料,其中纳米粒子和聚合物基体间的界面对决定纳米复合材料的性能起着重要作用.本文综述了近些年来表征纳米无机颗粒/聚合物复合材料中界面结构的研究手段,如红外光谱(FTIR)、热重(TGA)、电子显微镜、小角中子散射(SANS)及小角X射线散射(SAXS)等,及界面结构与复合材料力学性能和热稳定性关系的研究进展.同时也介绍了纳米粒子对复合材料的渗透、光催化、阻燃、介电及导电性能的影响.最后对这一领域的研究进行了展望.     

金属基复合材料的界面分析

用透射电镜、扫描电镜、Ｘ射线能谱仪和电子探针研究了碳化硅颗粒（ＳｉＣｐ）增强Ａｌ２０１４复合材料的微观结构和界面。鉴定了界面上和基体中三种主要的沉淀相：ＣｕＡｌ２、Ｃｕ２Ｍｇ８Ｓｉ６Ａｌ５、（Ｍｎ，Ｆｅ）３ＳｉＡｌ１２和高温下形成的条状Ａｌ４Ｃ３。试验指出，碳化硅和基体间的界面上没有Ｓｉ和Ａｌ的相互扩散，并观察分析了ＳｉＣｐ／Ａｌ２０１４界面周围的无析出带和高密度位错     

界面改性对玻纤增强聚丙烯弯曲强度的影响

为了提高玻纤增强聚丙烯（ＰＰ）的界面粘结，分别用Ｂ３０１或硅烷偶联剂对玻纤表面进行了处理，用过氧化物和顺丁烯二酸酐对ＰＰ进行了改性。经处理和改性后，ＰＰ／ＧＦ复合材料的弯曲强度有明显提高，对玻纤增强聚丙烯的界面结构也作了探讨。     

尼龙-聚乙烯共混物的界面相互作用

本文通过扫描电子显微镜、Molau试验、DSC、红外光谱和ESCA能谱研完了尼龙-聚乙烯共混物的界面相互作用机理。结果表明,界面相容剂的化学偶联对促进两相之间的界面结合和改善共混物的微观结构形态起着重要作用。     

纳米复合材料中界面动态特性的扫描静电显微技术研究

纳米复合材料中的微观界面结构和界面作用对材料的宏观介电性能, 如介电常数、介电损耗、击穿强度等有十分重要的影响. 本文发展了一种基于扫描静电显微探针技术的测量方法, 可以直接表征二氧化钛/环氧树脂纳米复合材料的微观界面结构及相应的动态介电响应行为. 实验中利用扫描探针的纳米尺度分辨能力, 探测到不同温度下环氧树脂纳米复合材料的局域动态介电响应变化过程, 从而获得纳米颗粒与高分子界面相互作用及极化相关的温度特性. 进一步通过对二氧化钛纳米颗粒进行表面修饰, 得到了两种不同特性的二氧化钛/环氧树脂界面, 验证了不同界面作用引起的复合材料界面区域与非界面区域高分子链介电损耗图像的反差.     

热塑性碳纤维复合材料界面研究

综述了热塑性碳纤维复合材料界面研究的新进展。指出由于热塑性复合材料基体树脂是高聚物,熔体牯度很大,很难均匀地分布在增强纤维之中并与纤维形成良好浸溃,存在界面结合不良的问题,因此对其界面优化设计要有一个新的认识。界面上没有化学键结合,界面结合不良,但只靠短化学键的连接,界面结合也不良,必须有一个强韧结合的界面,既有强结合又具有界面松弛能力,同时又能与高聚物基体融合的界面缓冲层的优化设计。对于Plueddemann偶联剂的概念中偶联剂“必须成为树脂的一部分”,作者认为最好的方法是就是树脂本身,即它既与纤维化学键键合,又与树脂良好相容,界面匹配。这将是热塑性复合材料界面层设计的一种新方法。     

液/液界面电分析化学研究进展

本文对液/液界面电分析化学近年来的进展进行了综述,特别是结合我们自己的工作,对探讨液/液界面微观结构和构筑新型液/液界面方面的进展进行了重点介绍。目前通过理论模拟和各种实验技术的应用,液/液界面微观结构已初具轮廓;可供选择的有机相也得到了一定的拓展。这些进展为该领域今后的发展打下了基础并指明了方向。