玻璃纤维环氧复合材料界面性能研究

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1、摘要复合材料是当今国民经济和国防建设显示竞争优势的重要材料，其中纤维增强聚合物基复合材料发展最为完善、应用最为广泛。而深入研究界面的形成过程、界面层性质、界面粘合、应力传递行为对宏观力学性能的影响规律，精确地表征增强相与基体之间界面结合的情况，利用定量化描述，进而有效进行控制，是获取高性能复合材料的关键。本文采用了目前最为流行、最为有效的直接测定界面力学性能的实验方法之一——单纤维复合材料断裂实验研究了纤维树脂界面载荷传递机理，分析了几种纤维表而处理复合材料界面的粘结情况，对界面的优化设计具有一定的指导作用。首先，本文充分研究了Cox一维界面载荷传递模型，在完美界面粘结载荷传递模型的基础

2、上根据断裂力学观点建立了纤维断裂判掘和界面脱粘判据，完善了界面载荷传递模型，以该模型为基础较好地描述了单纤维复合材料拉伸实验过程。此外，文中对单纤维复合材料断裂实验运用了新的解析方法，求解了玻璃纤维／环氧复合材料界面的剪切强度，与Kelly—Tyson等式方法求得的界面剪切强度有着很好的一致性；同时，对四种不同表面处理剂处理的单纤维复合材料断裂实验进行了分析，从临界纤维长度、界面剪切强度和单纤维断裂实验中纤维断点周围基体形貌评价了界面的粘结情况。界面作为复合材料的桥梁，建立合理的界面载荷传递模型，研究界面剪切强度和界面破坏形式，可为复合材料界面的优化和复合材料整体性能的提高提供理论设计指

3、导；同时，对促进复合材料的广泛应用亦具有重要的意义。关键词：复合材料界面界而载荷传递单纤维复合材料断裂实验表面处理；剪切强度ABSTRACTAsoneofthecriticalandcompetingmaterialsinnationaleconomyanddefense，fiberreinforcedpolymercompositehasbeenmostdevelopedandwidelyused．Basedontheinvestigationoftheeffectsoftheformationprocess，thecharacteristic，adhesionandstresstra

4、nsferof‘interfaceonitsmacroscopicalmechanicalpropertiesandaccuratecharacterizationoftheadheringconditionsbetweenthereinforcementandmatrix，itispossibletoachieveeffectivecontrolofinterface，whichisthekeytoobtainhighqualitycomposite．Inthispaper,singlefibercompositefragment(SFC)method，whichisoneofthem

5、ostwidespreadandeffectiveexperimentalmethodsfordeterminingthemechanicalpropertiesofinterface，wasadoptedtostudytheloadtransfermechanismandtoevaluatetheadhesionperformanceofcornpositewithSurface—treatedfibers．Thisishelpfulforoptimizationdesignofinterface．First，theone-dimensionloadtransfermodelprese

6、ntedbyCoxwasstudiedindetails．Basedontheidealinterfacebondingloadtransfermodel，afibrefracturecriterionandaninterfacedebondingcriterionwereestablishedintermsoffracturemechanics，whichbeueredtheinterphaseloadtransfermodelThismodelcouldalsodescribetheprocessofsingle-fibercompositesfragmentationInaddit

7、ion，anewanalyticalmethodwasusedtosolvetheshearstrengthofthefiber／epoxyinterface．TheresultshowedgoodagreementwiththatfromtheKelly-Zysonequation．Meanwhile，accordingtotheSFCtestsofthesinglefiberreinforcedepoxymatrixcompos