NiTi纤维表面处理对其树脂基复合材料 力学性能的影响

为了提高基于NiTi纤维与树脂复合材料的拉伸、冲击、弯曲性能,采用硝酸、硅烷偶联剂、异氰酸酯涂层以及低温等离子体与硅烷偶联剂联合处理等方法对NiTi纤维表面进行处理,增强纤维与树脂间的界面黏结. 研究表明: NiTi纤维经不同方法处理后,其环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.90%～44.74%. 低温等离子体处理的NiTi纤维再经硅烷处理,其环氧树脂复合材料的拉伸性能、冲击性能、弯曲性能分别提高了88.81%, 98.43%和45.55%,且纤维与树脂黏合较好.     

单纤维段试验中载荷传递机理的微观力学分析

提出了一种新的、单纤维段埋入法(SFFM)试验中载荷传递机理的微观力学模型。当纤维/树脂界面所受到的剪切应力超过了界面的粘结剪切强度后,界面将发生脱粘,并且脱粘裂纹将沿着界面扩展。以Weibull模型来模拟纤维轴向拉伸强度的统计分布。讨论了纤维轴向拉伸强度以及界面粘结剪切强度对复合材料各组分内部应力分布的影响。认为在给定复合材料各相的弹性常数和几何参数后,根据不同的纤维轴向拉伸强度以及界面性能(包括界面粘结剪切强度、界面的摩擦系数和基体的径向压力),可以将单纤维段试验中纤维/树脂界面的状态清楚地分为三类:1)完全粘结界面;2)部分粘结界面;3)完全摩擦界面。给出了单纤维段试验过程中界面处于上述三种状态下时,所必须满足的一些条件。最后,还给出了极限纤维段长度的一个合理的定义,并说明该长度是由粘结纤维长度和脱粘纤维段长度所构成。     

金属表面预处理对环氧树脂粘结剂粘结强度的影响

利用拉伸剪切实验系统地研究了砂纸打磨、喷砂、酸洗和磷化四种表面处理方法对粘结剂粘结强度的影响,并结合扫描电镜（SEM）、表面粗糙度测试仪对金属表面形貌的研究,结合能谱测定拉剪试样破坏面的成分数据,详细分析了不同表面处理方法影响界面粘结强度的作用机理。结果表明,各种表面处理方法均可改变金属表面形态,从而有效提高界面粘结强度,为进一步提高粘结剂／金属界面结合强度打下一定的基础。     

PBO纤维表面等离子改性及界面性能

采用氩气等离子体结合偶联剂技术对聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维进行表面改性,用SEM,XPS和液滴形状法对改性前后纤维表面的形态结构、组成和与水的接触角进行表征,通过单丝拔出试验检测改性前后PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度.结果表明,PBO纤维经改性后,其表面亲水性和与环氧树脂的界面剪切强度都有了很大的提高.在偶联剂含量为2%(质量分数),氩气等离子处理条件为2m in,30W和50Pa时,PBO纤维与水的接触角从原丝的大于90°下降到54.5;°相应的界面剪切强度比PBO原丝提高了78%,高达10.44MPa,而且改性后PBO纤维与环氧树脂的界面剪切强度的衰减效应不明显,与水的浸润性也基本不随时间退化.     

PBO纤维表面二氧化钛涂层的构建及其抗紫外光性能研究

为提高聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维的抗紫外老化性能,以3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)为桥梁,在PBO纤维表面构建二氧化钛(TiO2)涂层,并考察了纤维改性前后的表面形貌、界面剪切强度(IFSS)、以及紫外光照射前后的力学性能等变化.研究结果表明,在PBO纤维表面构建二氧化钛涂层后,PBO纤维与树脂的界面剪切强度提高了43.5%;PBO纤维的抗紫外光性能大幅增强,经200 h加速老化实验后其拉伸强度保持率提高了25%.     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究：Ⅶ.碳纤维单…

研究了不同处理的碳纤维单丝在环氧树脂基栖中拉伸时的现象及界面剪切强度。拉伸时发现，氧等离子处理纤维的界面附近会出现明显的光弹现象，未处理纤维没有明显的单弹现象，而接枝纤维只在界面上有较弱的光弹线。由拉伸一纤维的平均断裂长度得知，氧等离子处理碳纤维界面结合强度已超过了基体树脂的自身强度，因而产生许多垂直于纤维轴向的裂缝。接枝纤维的界面结合强度，在拉伸时虽然也超过了基体树脂的自身强度，但并不产生垂直于     

碳纤维表面处理及其复合材料界面优化的研究Ⅶ．碳纤维单丝受力状态下的界面结合状态

研究了不同处理的碳纤维单丝在环氧树脂基体中拉伸时的现象及界面剪切强度．拉伸时发现，氧等离子处理纤维的界面附近会出现明显的光弹现象，未处理纤维没有明显的光弹现象，而接枝纤维只在界面上有较弱的光弹线．由拉伸后纤维的平均断裂长度得知，氧等离子处理碳纤维界面结合强度已超过了基体树脂的自身强度，因而产生许多垂直于纤维轴向的裂缝．接枝纤维的界面结合强度，在拉伸时虽然也超过了基体树脂的自身强度，但并不产生垂直于轴向的裂缝，表现出优化界面的特征．     

涤纶等离子体表面改性及粘结性研究

本文采用等离子体处理,对涤纶纤维表面进行改性,以提高纤维的浸润性和粘结性。文中运用接触角测量反映纤维经处理后的表面能变化,并用独特设计的制样和测试方法探讨涤纶处理前后的粘结效果。实验结果表明,该测试方法简便可行且定量准确,能较好地反映纤维的粘结效果。涤纶纤维经等离子体处理后,其粘结性能有较大的提高。     

单纤维拔出试验表征硼纤维/环氧界面剪切强度研究

设计了一种单根硼纤维拔出试样制备方法,并测试了不同树脂基体的硼纤维/环氧复合材料的界面剪切强度;研究了单根硼纤维拔出界面破坏过程.结果表明:单根硼纤维拔出过程中,首先在纤维包埋起始部位和包埋端部产生裂纹,最后包埋中间部位的树脂基体破坏.摩擦力承担着较大的纤维拔出载荷;加入15%的液体丁腈橡胶硼纤维/环氧复合材料的界面剪切强度为33.69 MPa.     

改性和温度对织物增强混凝土界面性能的影响

为了研究界面改性和温度对织物增强混凝土（Textile Reinforced Concrete，TRC）界面性能的影响，分别采用环氧树脂、硅烷偶联剂及纳米二氧化硅（SiO2）对纤维表面进行处理，并通过电镜扫描和拔出试验测试处理后纤维微观形貌和TRC试件在25 ℃、100 ℃及200 ℃ 下的宏观力学性能 . 试验结果表明：纳米 SiO2 浸渍和环氧树脂涂层均明显改善碳纤维束在水泥基体中的界面黏结性能 . 纳米 SiO2颗粒能浸入纤维束内部，改善内部纤维丝与基体间的应力传递，同时纳米SiO2与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，提高其黏结性能. 硅烷偶联剂处理可以增加纤维表面粗糙程度，提高纳米 SiO2 在纤维表面的附着量，从而进一步提升纤维与基体的界面黏结强度. 在100 ℃ 和200 ℃ 下纳米 SiO2浸渍的碳纤维束界面强度显著高于环氧树脂浸渍的. 本研究将为TRC力学性能设计和热稳定性提升方法提供参考.     

Adhesion of PBO Fiber in Epoxy Composites

The high mechanical and thermal performance of poly p-phenylene- 2, 6-benzobisoxazole ( PBO ) fiber provides great potential applications as reinforcement fibers for composites. A composite of PBO fiber and epoxy resin has excellent electrical insulation properties, therefore, it is considered to be the best choice for the reinforcement in high magnetic field coils for pulsed magnetic fields up to 100 T.However, poor adhesion between PBO fiber and matrix is found because of the chemically inactive and/or relatively smooth surface of the reinforcement fiber preventing efficient chemical bonding in the interface, which is a challenging issue to improve mechanical properties. Here, we report the surface modification of PBO fibers by ultraviolet (UV)irradiation, O2 and NH3 plasma, as well as acidic treatments. The interfacial adhesion strength values of all the treatments show the similar level as determined for aramid fibers by pull-out tests, a significant impact on fibermatrix-adhesion was not achieved. The surface free energy and roughness are increased for both sized and extracted fibers after plasma treatments together with maleic anhydride grafting. The sized fiber shows marginal improvement in adhesion strength and no change in fiber tensile strength because of the barrier effect of the finish.For the extracted fiber, different surface treatments either show no apparent effect or cause reduction in adhesion strength. Atomic force microscopy (AFM) topography analysis of the fracture surfaces proved adhesive failure at the fiber surface. The fiber surface roughness is increased and more surface flaws are induced, which could result in coarse interface structures when the treated fiber surface has no adequate wetting and functional groups. The adhesion failure is further confirmed by similar adhesion strength and compression shear strength values when the fiber was embedded in various epoxy resins with different temperature behavior. The tensile strength of fiber is sensitive to surface treatment conditions as revealed by a bimodal Weibull statistical distribution analysis. Considerable strength reduction occurred, particularly for cases of acidic and plasma treatments, while UV irradiation shows the better ability to retain fiber strength.     

基于 NiTi 温敏形状记忆纳米结构调控的润湿性研究

NiTi 合金是常见的形状记忆合金,有着良好的形状记忆效应、超弹性、耐腐蚀性和生物相容性,在生物医疗、 航空航天和微机电等领域有着广泛的应用。 目的 研究 NiTi 合金表面不同纳米级结构的润湿性能,改善 NiTi 合金 在工作环境下的磨损情况,提高 NiTi 合金的使用寿命。 方法 使用分子动力学方法模拟周期性边界条件下 NiTi 合 金的形状记忆效应,研究在不同温度下 NiTi 合金原子的微观结构演化;同时基于 NiTi 合金温度响应下不同的微观 结构,建立液滴静态接触角仿真,研究 NiTi 合金表面在不同微观结构下的润湿性能。 结果 发现 NiTi 合金在不同温 度响应下发生相变,从而使 NiTi 合金的表面原子排列发生改变,展示了温度诱发 NiTi 合金的相变和逆相变行为以 及在原子尺度下的微观结构演化,再以不同温度响应下发生相变和逆相变的 NiTi 合金表面作为基底,发现其表面 的润湿性也发生了改变和恢复。 结论 NiTi 合金随温度响应发生相变,微观结构发生改变,其表面的润湿性能也发 生改变;而且 NiTi 合金随温度逆相变,微观结构恢复到初始状态,其表面润湿性也能随之恢复到初始状态;NiTi 合 金在相变过程中的奥氏体和马氏体含量会影响 NiTi 合金表面润湿性能,因此能够通过温度进行 NiTi 合金表面在 微观结构下润湿性的自适应调控。     

Enhancement of Adhesive Strength of Ultrahigh Molecular Weight Polyethylene Fibers Prepared by Polar Polymer Implantation

A new technique was proposed to enhance the adhesive strength of ultrahigh molecular weight polyethylene （UHMWPE） fibers. Polar polymer was implanted into UHMWE gel fibers during extracting process and can then be trapped on the surface of the fibers after subsequent ultra-drawing. The physical and chemical changes in the fiber structure were examined with scanning electron microscopy （SEM） and Fourier transform infrared （FTIR） spectroscopy. The mechanical and interfacial adhesion properties of UHMWPE fibers were investigated with tensile testing. The results showed that there were polar groups on the smface of pretreated UHMWPE fiber. The interracial shear strength of UHMWPE fibers with epoxy resin was greatly improved without sacrificing the excellent mechanical p~perties of fibers. After pretreated with ethylene/vinyl acetate copolymer （EVA）, the shear strength of the interface between fiber and epoxy resin increased from 1.06 to 2.49 MPa, while the integrated mechanical properties d the pretreated UHMWPE fibers were still optimal.     

超高相对分子质量聚乙烯纤维的表面粘结性能研究

在萃取阶段用表面改性剂溶液对超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）冻胶纤维进行表面处理，然后经过多级热拉伸制得改性纤维。对萃取液进行了紫外吸光度分析，并对改性前后纤维的表面化学结构、力学性能和表面粘结性能进行了比较。结果表明；经表面处理的纤维表面引入许多极性基团，纤维粘结强度随拉伸倍数增加而提高，纤维粘结性能得到较大改善；表面处理对纤维的力学性能影响不大。其中EVA的改性效果最为明显，3级拉伸后纤维的粘结强度提高了100％．     

Surface Treatment of UHMWPE Fibers for Adhesion Promotion in Epoxy Polymers

Surface of Ultra-high molecular weight polyethylene （UHMWPE） fiber were treated by chromic acid chemical etching, pyrrole chemical vapour phase deposition and the complex of these two methods, respectively. The change of surface properties and structure of fibers were discussed by Fiour Transform Infrared Spectroscope （FTIR）, Dynamic Mechanical Analysis （DMA） and Scanning Electron Microscope （SEM）. The results show that some new oxygenous groups could be found on surface of UHMWPE fiber after chromic acid chemical etching, which enhanced intemolecular interaction with polypyrrcle. The adhesion of the fiber and resin natrix increased after pyrrole chemical vapour deposition. When chromic acid etching combined with pyrrole chemical vapor deposition, the treated fiber not only has the same properties as original fiber bat also outstanding adhesion to epoxy resin matrix, and its composites have better mechanic properties shear strength）, resulting from intemolecular interaction treated fiber and polypyrrole.     

低温等离子体改善义齿基托表面润湿性的研究

使用直流电激发4种工作气体(Ar, Ar/O₂, Ar/O₂/N₂和He/O₂)来产生等离子体, 分别处理热凝树脂样本1, 2, 4, 6, 8, 10分钟, 每组9个样本。使用接触角测量仪测量处理前后各样本的接触角; 利用发射光谱(OES)对等离子体的活性成分进行分析; 采用X射线光电子能谱(XPS)分析其表面的元素价键改变。经过Ar, Ar/O₂, Ar/O₂/N₂和He/O₂等离子体处理后, 热凝树脂表面的润湿性均显著增加, 处理 1 分钟时, 样本表面的接触角与原始值相比, 显著减小(p<0.001), 随着时间的延长, 减小趋势变缓。OES结果显示等离子体的活性成分中包含有大量的?OH; XPS分析表明: 经过等离子体处理后, 热凝树脂表面的C元素与O元素的比例减小, 有新的亲水性基团C?OH产生。大气压低温等离子体处理热凝树脂表面后, 产生新的亲水性基团C?OH, 从而增加表面亲水性。研究结果提示低温等离子体可能为临床上处理义齿基托树脂提供新方法。     

速生杨树木材表面的动态润湿性能和自由能研究

润湿性是木质材料的一个重要界面特性,它可以表征胶粘剂与木质材料接触状态,木材的表面润湿性能对木质复合材料的胶合强度有较大的影响。根据木质材料的结构与性能特点,笔者建立了描述其表面动态润湿性能的数学模型,在模型中提出了用系数K来评价胶的润湿性能;并运用该模型研究了脲醛树脂（UF）和酚醛树脂（PF）两种胶粘剂对杨木表面的动态润湿性能的影响,以及脲醛树脂胶对同一年轮内的早材和晚材的动态润湿性能,同时还研究了杨木表面自由能与其表面吸水量之间的关系。结果表明:与PF相比,UF在杨木表面的润湿性能较好,UF对早材的润湿性能比对晚材好;在相同时间内,杨木单位表面积吸水量越多,其表面自由能越大。     

静电纺聚胺醚纳米纤维的形貌与性能

介绍了一种热塑性环氧树脂——聚胺醚,研究了氯化锂(LiCl)的质量分数、聚胺醚质量分数等工艺参数对静电纺聚胺醚纳米纤维形貌和纤维直径的影响.通过对扫描电镜图(SEM)和纤维直径的分析,可以得出:LiCl使聚胺醚具有可纺性,且随着LiCl加入量的增加,可纺性得到提高,纤维直径随着LiCl质量分数增加而增大;热失重分析(TGA)表明聚胺醚纳米纤维的热稳定性随着LiCl质量分数的增加而提高;聚胺醚纳米纤维具有良好的表面浸润性.     

Brazing of micrograin-filled quartz fiber reinforced silica composites and Invar using Ag-21Cu-4.5Ti alloy

Brazing of quartz fiber reinforced silica composites (QFSC) to Invar alloy was carried out in a vacuum at 1173 K for 10 min using Ag-21Cu-4.5Ti metal filler.Experiments indicated that composites prefilled with CaCO3 micrograins had good wettability.The CaCO3 decomposed to CaO during brazing.After brazing,a joint of structure QFSC/3CaO·2SiO2+Ti3O5+Fe2Ti+NiTi+Ag(s,s)+ Cu(s,s)/Invar was established.The shear strength of the brazed joint reached 11.6 MPa at room temperature,which is about five times the shear strength of that obtained without surface filling.