纤维增强热塑性复合材料/金属连接界面调控研究进展

综述了纤维增强热塑性复合材料/金属界面连接机制和界面调控的国内外研究动态,涵盖粘附和机械结合两种机制。简要概述了粘附机制的主要结合力类型,探讨了粘附机制下连接界面轻度较差的原因;重点关注了机械方法、化学方法、金属表面增材处理和激光加工4类机械结合界面调控方法,其中化学方法的使用会对环境造成一定危害,且难以精确控制微结构的形貌尺寸。而金属表面增材制备微观结构的方法目前还存在难以实现完全锚固且易变形造成应力集中的问题。利用高能量密度激光对金属表面进行粗化、清洗以及引入化学基团,可以在毫米、微米和纳米等不同尺度下调控微结构形貌,对接头强度的改善效果远高于喷砂、喷丸、砂纸打磨、铣削加工等机械方法。同时,超快脉冲激光与材料相互作用时间极短,热影响小,能加工出跨尺度复合结构,相比于其他金属表面处理方式,超快激光表面处理能更大程度上提高接头强度。

植物纤维表面改性增强环氧树脂复合材料研究进展

天然植物纤维增强环氧树脂复合材料是近年来得到快速发展的一种绿色、低碳的环境友好型复合材料。植物纤维与环氧树脂基体之间的界面性能提升得到越来越多人的关注。本文主要综述了植物纤维增强环氧树脂界面改性研究进展。从物理改性、化学改性以及其他改性方式对国内外植物纤维增强环氧树脂的界面性能相关研究进行了总结,以期为植物纤维增强环氧树脂的高值化利用开拓思路。

植物纤维-石膏基复合材料研究进展

随着全球对可持续发展和“双碳”目标的日益重视,植物纤维和石膏作为绿色低碳环保型的建材原料,其复合材料的研究与应用备受关注。首先对石膏、植物纤维进行概述,特别是对掺入植物纤维后的石膏基复合材料的性能变化及其机理进行凝练性总结;其次对竹纤维、菌草纤维在石膏基复合材料中的应用效果,以及植物纤维-石膏基复合材料产业化与工程应用问题进行探讨;最后提出以产业化为目标导向的结论与建议,指出产业化亟须解决的关键问题,并对未来的研究趋势及发展前景进行了展望。

植物纤维增强石膏复合材料的微观结构研究

通过电镜分析研究了掺入矿渣、普通硅酸盐水泥等物质对石膏基复合材料结构性能的影响；并采用苯丙乳液对植物纤维进行表面处理，有效地改善了植物纤维石膏复合材料的界面结合状况。

高温下短纤维增强金属基复合材料界面的微观结构和热残余应力状态研究

利用透射电镜观察了 δ- Al2 O3短纤维增强 Al- 5 .5 Mg合金复合材料界面在不同环境温度下的微观结构特征。同时 ,基于该类复合材料的单纤维模型 ,利用弹塑性有限元分析方法 ,研究了在不同温度下界面热残余应力的大小和分布情况 ,并讨论了热残余应力对界面行为的影响。最后 ,讨论了界面的微观结构和热残余应力特征对复合材料整体性能的影响。研究表明 ,不同环境温度下 ,界面具有不同的微观结构和热残余应力特征 ,这些特征的变化将引起复合材料整体性能的明显变化。

天然植物纤维木塑复合材料的研究进展

针对天然植物纤维木塑复合材料质量小、综合性能好、环保、成本低等特点,综述天然植物纤维木塑复合材料的研究进展,总结3种改性方法,即植物纤维表面改性、添加相容剂、混杂增强对复合材料性能的影响,介绍丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)基、聚乳酸(PLA)基、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基木塑复合材料及发泡木塑复合材料等新型木塑复合材料的研发进展,指出天然植物纤维木塑复合材料的发展趋势。

纤维桥接裂缝过程与分布对水泥基材料弯曲性能影响

对3类不同粉煤灰掺量下形成的聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基材料,通过三点弯曲试验测试,研究了PVA纤维水泥基材料的弯曲性能;通过对PVA纤维水泥基材料断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜影像分析,研究了PVA纤维-(水泥)基体界面微观结构,揭示了PVA纤维桥接裂缝过程;通过PVA纤维水泥基材料样本抛光表面的荧光影像,量化测定了PVA纤维在基体中的分布.结果表明:掺入粉煤灰后PVA纤维对水泥基材料增强增韧作用增加,高掺量下效果更显著;掺入粉煤灰后裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,随着裂缝的扩展,PVA纤维由短距离滑动转变为长距离滑动,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加;掺入粉煤灰后基体结构更加均匀,PVA纤维分布系数增大,PVA纤维对水泥基材料的增强增韧作用提高.

短纤维增强橡胶基密封复合材料细观结构参数及其界面力学行为研究

分别从试验与理论2个方面介绍了短纤维复合材料中纤维长径比和纤维取向两细观结构参数的测试与表征方法;并对该种复合材料界面力学行为的理论和试验研究方法进行了阐述。在此基础上对短纤维增强橡胶基密封复合材料方面的相关工作进行了初步探讨,为进一步深入研究短纤维增强橡胶基复合材料的性能评价与表征技术提供有益的参考。

Si_3N_4/BN_(f)复合材料的相界面

本文借助高分辨电子显微镜研究了Si3N4／BN（f）复合材料的相界面,研究发现，BN纤维的两端与基体结合牢固，界面不易解离，材料断裂过程中纤维很难拔出．材料的韧性主要通过BN纤维自身（001）面上的滑移、撕裂和弯曲以及BN纤维的侧表面与Si3N4颗粒的界面上的解离等途径得以提高．

粉煤灰对聚乙烯醇纤维水泥基材料弯曲性能与微观结构影响

采用3点弯曲试验,结合宏观裂缝形态与PVA纤维桥接状态,研究了不同粉煤灰掺量下聚乙烯醇纤维水泥基材料(PVA-ECC)的弯曲性能;通过分析试件断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜形貌,研究了不同粉煤灰掺量下PVA纤维-基体界面微观结构特征。结果表明:不同粉煤灰掺量下PVA纤维对水泥基材料的增强增韧效果不同,高掺量下增强增韧的效果显著;随粉煤灰掺量增加,基体结构特征更均匀,裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,桥接裂缝的PVA纤维状态由少量纤维短距离滑动拔出转变为大量纤维长距离滑动拔出,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加。

秸秆纤维水泥基复合材料性能的研究

对秸秆纤维水泥复合材料的基体相、界面相、复合效果、秸秆纤维水泥基复合材料性能,以及界面剂对其性能的影响等方面进行了研究,结果表明,在界面剂的作用下,秸秆植物纤维和水泥之间取得了良好的界面效果.

碳纤维／LAS玻璃陶瓷的界面、显微结构与力学性能

采用溶胶固化法制备了碳纤维（Ｃ＿ｆ）补强的锂铝硅（ＬＡＳ）玻璃陶瓷复合材料。研究了热压温度、压力与纤维含量对复合材料力学性能的影响。借助扫描电镜与理论计算，分析、讨论了纤维与基体的轴向与径向热不匹配，复合材料的显微结构对复合材料力学性能的影响，得到了抗弯强度σ＿ｂ＝７４０．４ＭＰａ，断裂韧性Ｋ＿（Ｉｃ）＝１９．５ＭＰａ。ｍ￣１／２的Ｃ＿ｆ／ＬＡＳ复合材料。

钢丝增强AZ91复合材料的力学性能

为了提高AZ91镁合金的力学性能,采用浸入铸造法制备了体积分数为3.3%的不锈钢纤维增强AZ91复合材料,并在相同条件下对AZ91及其复合材料进行了热挤压处理.采用扫描电镜(SEM)和力学性能试验机分别对铸态和挤压态材料的显微组织、断口和拉伸性能进行了研究.结果表明:铸态AZ91及其复合材料的抗拉强度分别为250和240 MPa.然而经过挤压后,钢丝增强AZ91镁合金的屈服强度和抗拉强度分别达到了375和428.6 MPa,与挤压态AZ91和铸态AZ91复合材料相比,分别提高了50%、20%和57.6%、78.6%.同时挤压态复合材料的塑性变形量也显著提高.

基体合金化元素Cu对C／Al复合材料界面微结构的影响

本文研究用真空压力浸渍法制造的Ｃ／纯Ａｌ和Ｃ／Ａｌ－Ｃｕ两种复合材料界面微观结构的差异。探求合金化元素Ｃｕ的作用本质。结果表明，Ｃ／Ａｌ－Ｃｕ复合材料界面存在有ＣｕＡｌ＿２、Ａｌ＿４Ｃ＿３、ＡｌＣｕ三种脆性化合物，还发现ＣｕＡｌ＿２对Ａｌ＿４Ｃ＿３的形核影响不明显，但对它的长大有抑制作用。正是由于这种影响，使Ｃ／Ａｌ－Ｃｕ复合材料的耐用温度提高。

C/C-Al_2O_3梯度功能复合材料改性研究

采用炭纤维表面涂层与基体改性方法相结合,对所制的C/C Al2O3梯度功能复合材料界面性能进行了改进。研究了增强相炭纤维与陶瓷相Al2O3的界面结合强度这一关键技术,进行了热学、烧蚀、力学性能测试和微观结构分析。结果表明,添加ZrO2对基体进行改性,使材料的强度提高了39.1%,热导率降低至0.902W/(m·K)(800℃);采用炭纤维表面SiC涂层处理能有效改善复合材料的界面性能,使材料强度提高了3倍,达到约70MPa。

天然植物纤维增强复合材料的研究应用

介绍了天然植物纤维的性能和天然植物纤维增强复合材料的特殊机理、不足及改性方法;总结了天然植物纤维增强复合材料比较成熟的研究和具体应用,指出天然植物纤维在经过改性以后增强各种复合材料是切实有效且可行的,并且有着非常广泛的发展前景。

植物纤维增强石膏复合板力学性能研究

参照纤维复合材料的测试方法得出几种植物纤维增强石膏复合板的基本力学性能测试数据,并对不同植物纤维种类及不同的纤维掺量对复合板性能的影响进行讨论。

3Al_2O_3·2SiO_2/A1-3.5Cu复合材料界面研究

用挤压铸造方法制备硅酸铝短纤维增强A1-3.5Cu复合材料;用XRD、SEM和分析透射电镜(ATEM)对该复合材料的微观组织、增强纤维的微观结构、复合材料界面及界面反应产物的结构特征、化学组成进行研究。结果表明,增强纤维为莫来石结构,晶型为正交晶系;该复合材料界面存在断续分布的CuAl2O4尖晶石结构的界面反应产物,界面附近存在高密度位错结构。

木塑复合材料界面调控及其表征技术研究进展

木塑复合材料(WPC)是一种高性能、高附加值、环境友好且应用广泛的新型材料,其天然植物纤维和塑料基体间的界面调控成为WPC研究的热点和重点。综述了WPC界面调控方法,主要包括天然植物纤维调控、塑料基体表面改性、添加改性剂等方法,同时还介绍了WPC界面表征技术,如傅里叶红外光谱分析、扫描电子显微镜分析、透射电子显微镜、X射线光电子能谱分析、动态热机械分析、纳米压痕技术和原子力显微镜分析等表征技术,指出了WPC界面调控及其界面表征技术需要解决的问题,以期提高WPC的研究和开发水平。

植物纤维增强环氧树脂复合材料界面改性研究进展

【目的】植物纤维增强环氧树脂复合材料可设计性强、比强度高,还兼备生态友好、原料来源丰富、制造成本低廉等优势,已得到广泛应用。但相对于传统的合成纤维和矿物纤维,植物纤维的表面羟基具有极性和亲水特性,其与环氧树脂基体间的界面相容性差,影响了界面与两侧单元之间应力传递,造成产品的力学性能与耐久性较差,最终引起材料受载荷作用时易发生分层、断裂现象,限制了此类材料进一步发展与应用,因此界面改性技术是植物纤维增强环氧树脂复合材料发展与应用的关键技术瓶颈。【方法】综述了近几年国内外植物纤维增强环氧树脂界面改性方法的研究进展,并将界面改性方法归纳为植物纤维改性、界面填充、环氧树脂改性三大类,具体的改性方法包括碱处理改性、乙酰化改性、界面耦合改性、高锰酸盐改性、热处理、离子蚀刻处理、纳米粒子改性和环氧树脂稀释等。【结果】其中以覆盖或减少植物纤维表面羟基、增加植物纤维的比表面积为主要改性方法开展详细论述,并阐述了界面填充改性和环氧树脂改性的界面改性技术。【结论】总结了各类改性方法对复合材料力学性能的增强效果,提出了植物纤维/环氧树脂界面研究中面临的问题与展望,包括植物纤维单元体系化研究、环氧树脂固化剂多样化选择、植物纤维微观测试手段精细化支撑和静/动载力学协同化分析等,以期为植物纤维增强环氧树脂复合材料的界面改善与发展提供参考。