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《樹脂基復(fù)合材料界面結(jié)合機理研究現(xiàn)狀》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、纖維增強樹脂基復(fù)合材料界面結(jié)合機理研究現(xiàn)狀摘要本文以碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等作為增強材料的纖維增強樹脂基復(fù)合材料（Fiber-reinforcedPolymer，F(xiàn)RP）為例，分析了目前國內(nèi)外復(fù)合材料界面結(jié)合機理研究的發(fā)展現(xiàn)狀及X射線光電子能譜（XPS）技術(shù)、紅外光譜檢測技術(shù)（IR）、拉曼光譜檢測技術(shù)（RAMAN）等主要界面表征手段，并提出了該領(lǐng)域目前尚存在的問題。關(guān)鍵詞纖維增強，樹脂基復(fù)合材料；界面機理1引言復(fù)合材料從結(jié)構(gòu)上可以分為三相：基體相、增強相和界面相。其中界面相在復(fù)合材料中具有特別重要的作用，它不但是復(fù)合材料中增強相和基
2、體相連接的紐帶，也是應(yīng)力及其他信息傳遞的橋梁。因此，深入研究界面的形成過程、界面層性質(zhì)、界面粘合、應(yīng)力傳遞行為對宏觀力學(xué)性能的影響規(guī)律，精確地表征增強相與基體之間界面結(jié)合的情況，利用定量化描述，進而有效進行控制，是獲取高性能復(fù)合材料的關(guān)鍵。關(guān)于界面的作用機理，目前已經(jīng)建立了多種理論，如化學(xué)鍵理論、浸潤理論、可逆水解理論、表面形態(tài)理論[1]等。研究和表征的方法也有很多種。2FRP界面結(jié)合機理國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在諸多方面的研究中，有關(guān)界面細觀力學(xué)的研究最為熱門。國外的研究者們對界面研究的各方面做了綜合性評述，如Hughes綜合評述了碳纖維增強環(huán)氧
3、樹脂基復(fù)合材料界面研究各個方面的發(fā)展狀況，Jang-KyeKim[2]對纖維增強復(fù)合材料界面斷裂控制機理研究做了綜合論述。一些在國際上有影響力的力學(xué)專家如Chams[3]、Adams[4]等研究了界面形狀對復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能的影響，提出了大量的微觀理論模型，使得界面問題的研究從物理化學(xué)的研究轉(zhuǎn)入到力學(xué)行為的研究，大大推進了界面科學(xué)研究的發(fā)展，從根本上研究了界面的力學(xué)作用、破壞機理以及界面的破壞模式，Gent和Wang[5]及Liu[6]等還在他們的研究分析中強調(diào)了纖維開裂和界面脫粘這樣的實際問題對復(fù)合材料性能的影響。我國對界面方面的研究
4、起步較晚，例如中國科學(xué)研究院化學(xué)研究所對碳纖維表面處理問題進行細致的研究，南京玻璃纖維研究院對纖維表面處理進行了長期的研究。中科院金士九、王霞等人[7]采用單絲拔出實驗研究了經(jīng)纖維表面處理的芳綸/樹脂復(fù)合材料的界面結(jié)合情況和破壞形式。3不同纖維增強FRP界面機理研究現(xiàn)狀3.1碳纖維FRP碳纖維增強復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能在航空航天領(lǐng)域得到的普遍重視，如先進軍用飛機為提高戰(zhàn)技性能，降低結(jié)構(gòu)重量，需要大量采用高性能碳纖維增強雙馬樹脂基復(fù)合材料[10]。碳纖維是先進樹脂基復(fù)合材料的重要組成部分，纖維結(jié)構(gòu)和性能對復(fù)合材料的性能有重大影響。黃玉東、張
5、志謙等人[11]成功地表征了碳纖維復(fù)合材料和芳綸纖維復(fù)合材料的界面性能，研究了CF表面經(jīng)不同的處理后CF/聚酰亞胺復(fù)合材料的界面剪切強度。同濟大學(xué)嵇醒[12]等人對纖維壓入試驗方法從試驗裝置、試樣制備、試驗過程以及試驗的理論分析方法等各方面進行了詳細介紹，并用這種試驗方法測試了碳纖維/環(huán)氧的界面強度，應(yīng)用彈性力學(xué)奇異積分方程方法解釋了實驗結(jié)果。張寶艷等人[13]采用掃描電子顯微鏡對T300B、T700SC和NCF碳纖維的表面無力狀態(tài)進行了觀察，結(jié)果表明纖維表面的溝槽將十分有利于提高纖維與樹脂間的機械嚙合作用而提高界面性能。3.2玻璃纖維F
6、RP玻璃纖維是玻璃鋼的主要增強材料，它能與各種樹脂相結(jié)合，衍生出多種優(yōu)異性能的玻璃鋼，用作工程材料的地位日益穩(wěn)固，在取代傳統(tǒng)材料，發(fā)揮減輕重量、節(jié)省能量、集中功能、提高設(shè)計靈活性之作用方面成績卓著,成為材料科學(xué)的重要分支,具有良好的市場前景。目前，對玻璃纖維樹脂基復(fù)合材料界面機理的研究較為廣泛。Park等[14]分別研究了質(zhì)量分數(shù)為0.5%的聚丁二烯（PB）和γ-MPS改性PB涂層GF對乙烯基酯樹脂/GF復(fù)合材料性能的影響,發(fā)現(xiàn)兩者處理后的試樣較未處理試樣的總沖擊能從8.59J分別提高到10.03和11.60J。Gao等[15]研究了γ-
7、APS/聚氨酯-涂層(γ-APS/PU)GF增強改性聚丙(γ-APS/PU-PPm)和γ-APS/聚丙烯-涂層GF增強PPm復(fù)合材料(γ-APS/PP-PPm)等界面微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。3.3玄武巖連續(xù)纖維FRP玄武巖連續(xù)纖維是采用單一的玄武巖礦石熔制而成的纖維。SiO2是玄武巖連續(xù)纖維的主要成分，它所組成的結(jié)構(gòu)骨架有利于保持纖維的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能；Al2O3是含量占12%～19%，主要作用也是提高纖維的化學(xué)穩(wěn)定性、力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性；FeO和Fe2O3的存在使纖維呈現(xiàn)古銅色，提高纖維的使用溫度；CaO有助于提高纖維的防水性、硬度和力
8、學(xué)性能；MgO、TiO2、Na2O等成分，對于提高纖維的耐水侵蝕和耐腐蝕性有重要作用[16]。玄武巖纖維增強樹脂基復(fù)合材料目前廣泛應(yīng)用于軍事、航空、航天等領(lǐng)域。楊小兵[17]對連續(xù)玄武巖纖維進
