连续纤维增强含二氮杂萘酮联苯结构聚芳醚砜酮树脂基复合材料的界面

利用射频感性耦合冷等离子体(ICP)处理技术改性连续纤维表面,分别采用X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)及动态接触角分析(DCA)系统研究了等离子体处理时间、放电气压、放电功率等工艺参数对连续碳纤维、芳纶纤维和对亚苯基苯并二噁唑(PBO)纤维的表面化学成分、表面形貌、表面粗糙度及表面自由能的影响.研究结果表明,等离子体处理能够在连续纤维表面引入O—C O基等极性基团,使纤维表面极性基团的含量增加,等离子体对纤维表面具有明显的刻蚀作用,经等离子体处理后纤维的表面粗糙度增加,表面自由能增大,纤维的浸润性能得到明显改善.利用等离子体对纤维进行表面处理时应选择合适的等离子体处理工艺参数.在此基础上,采用层间剪切强度(ILSS)、吸水率和扫描电子显微镜(SEM)系统地分析了连续纤维增强可溶性聚芳醚(PPESK)树脂基复合材料的界面粘结与破坏机理.结果表明,冷等离子体处理能够使连续纤维增强PPESK树脂基复合材料的ILSS增大,吸水率降低,复合材料的界面粘结性能得到明显改善.在应力的作用下,复合材料的破坏模式由未处理的界面脱黏破坏转变为冷等离子体处理后树脂基体的破坏.

碳纤维／双马树脂基复合材料在热循环过程中热应力分布的数值模拟

用有限元分析方法模拟热循环过程中碳纤维/双马树脂基复合材料的热应力分布,采用抛物线屈服准则分析复合材料的潜在破坏区域,并结合有限元生死单元技术揭示复合材料在热应力作用下的微裂纹分布。结果表明,复合材料自由端处的热应力大于其内部区域,其中最大热应力位于自由端处富树脂区的纤维表面;复合材料的潜在破坏区域位于自由端沿纤维与树脂基体间的界面处,主要的损伤形式为热应力引发微裂纹导致自由端处产生界面脱粘破坏。在进一步的热循环过程中,热应力得到一定程度的缓解并重新分布,由复合材料的自由端向内部区域延伸,导致微裂纹的进一步扩展而使复合材料的界面脱粘程度加重。对CF/BMI复合材料在热循环过程中性能演化的实验结果表明,热循环效应能够引发纤维与树脂基体之间的界面处形成微裂纹,导致复合材料的界面粘接性能下降。模拟结果预期了CF/BMI复合材料在实际热循环过程中的潜在破坏区域,并解析了热循环过程中导致复合材料界面粘接性能降低的根本原因,表明模拟结果与实验结果相符。