碳纤维混凝土单丝拔出实验的扫描电镜观察

结合碳纤维混凝土单丝拔出实验应用扫描电镜观测了碳纤维与混凝土基体界面处的不同破坏形式。结果表明：在单丝拉拔过程中,随着界面应变的增大,试样出现纤维拔出、纤维断裂和界面脱粘的情况。这为碳纤维混凝土界面破坏的数值模拟分析提供了依据,对碳纤维混凝土界面粘接性能有了深入理解。     

环氧复合材料基体与凸端有机短纤维间的界面特性研究

采用单丝拔出试验和动态力学分析研究了环氧树脂基复合材料中基体与凸端的有机短纤维之间的界面特性。两种试验方法均表明：凸端的有机短纤维由于端部变大,可以提高纤维与基体之间的界面粘结强度,也有利于纤维末端界面剪切应力的传递。     

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.     

聚丙烯酰胺对粗合成纤维/水泥基体界面性能的影响

针对聚丙烯粗合成纤维与水泥基体界面粘结性能差的问题,采用聚丙烯酰胺溶液对其进行浸泡处理,并通过纤维拔出试验、显微硬度测试、X射线衍射分析和扫描电镜分析等,分析了聚丙烯酰胺对粗合成纤维/基体界面性能的影响.结果表明:经聚丙烯酰胺处理后,纤维/基体界面粘结性能提高,纤维拔出曲线更为饱满,脱粘现象延后,并且随着聚丙烯酰胺处理液中聚丙烯酰胺含量的增大,其效果更为明显;处理后的界面区CH晶体减少,界面显微硬度增大,过渡层厚度变薄,CH、C-S-H和AFt交织生长,水化产物结构致密度提高,纤维与水泥基体界面薄弱区明显得到改善.     

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.     

聚丙烯单丝与水泥石界面脱粘强度及其影响因素

采用纤维单丝自水泥基体中拔出方法研究了聚丙烯纤维单丝与水泥石之间的界面脱粘强度及其影响因素。结果表明：①随聚丙烯纤维单丝埋入长度的增加,界面脱粘强度逐步下降;②经NaOH或HCl表面处理,可使界面脱粘强度得到提高;③随着m(W)/m(C)的增大（在0.28-0.44范围内）,界面脱粘强度随之增大;④界面脱粘强度随标养龄期的增加而发展,且发展规律与抗压强度的发展规律相似。     

聚丙烯纤维与水泥砂浆粘结性能试验

提出了利用聚丙烯纤维拔出试验,分别测定水灰质量比、纤维埋入长度、纤维埋入角度和水泥砂浆龄期不同的情况下纤维拔出力-拔出位移曲线,利用扫描电镜对纤维砂浆试件断面形貌进行了分析,研究了纤维与水泥砂浆的粘结性能.研究结果表明:聚丙烯纤维-水泥砂浆具有较好的粘结性,聚丙烯纤维粘结破坏形式为拔出破坏,因此聚丙烯纤维具有较好的耗能阻裂作用;水灰质量比、纤维埋入长度、纤维埋入角度、水泥砂浆龄期直接影响着聚丙烯纤维-水泥砂浆的粘结强度,其中水灰质量比因素影响最大;当水灰质量比小于0.5时,聚丙烯纤维-水泥砂浆粘结强度和粘结功都随着水灰质量比的减小而增大,随着纤维埋入长度和纤维埋入角度的增大而增大.     

Al_2O_3短纤维增强Al－Si合金复合材料的界面研究

本文采用电子探针和扫描电镜分析Ａｌ_２Ｏ_（３ｔ）／Ａｌ－Ｓｉ合金复合材料的界面和拉伸断口形貌，发现界面处有Ｍｇ富集；Ａｌ－Ｓｉ合金很好地润湿Ａｌ_２Ｏ_３纤维，并形成共格、半共格混合界面，提高了界面结合强度；纤维被剪切断裂，无拔出现象。用俄歇电子能谱仪对界面作深入研究，表明界面与基体的硅和铝的峰形发生了变化，证明峰形的变异是由形成共格、半共格混合界面引起的。     

钢纤维与水泥砂浆界面粘结性能的试验研究

对6种不同外形特征的钢纤维和普通硅酸盐水泥砂浆的粘结性能进行试验研究，分析了在拉拔过程中钢纤维脱粘与拔出的全过程，计算并分析了不同外形的钢纤维与水泥砂浆界面的粘结强度和钢纤维粘结脱粘与拔出时做的功。为提高钢纤维－水泥基间的界面粘结，探讨了纤维外形对提高钢纤维混凝土综合力学性能的作用，提出开发高效异形钢纤维是提高纤维增强混凝土的强度、韧性和阻裂效应的重要途径。     

不同截面形状PP纤维对砂浆抗塑性开裂的影响及机理

为了揭示不同截面形状聚丙烯(PP)纤维对砂浆抗塑性开裂的影响,采用平板约束法、荧光分析技术和扫描电子显微技术(SEM)分别对砂浆塑性开裂、纤维分散和纤维/基体界面形貌进行研究.结果表明:纤维长度、当量半径和掺量相同时,异形截面PP纤维提升砂浆塑性抗裂性能的效果优于圆形截面;将三角形和三叶形截面PP纤维与圆形截面PP纤维相比,前二者纤维的本体抗弯刚度提高幅度均大于20.88%,比表面积分别提高了28.6%和37.1%,纤维分散有效利用率分别提高了17.62%和30.70%,同时,纤维/基体间界面更致密,纤维表面粘附的水化产物更多.本体抗弯刚度、分散性、比表面积和纤维/基体界面黏结力的提高是异形截面PP纤维提高砂浆抗塑性开裂能力的关键因素.     

倾斜短纤维拉出的简化分析

为了研究具有任意倾斜角度的短纤维从脆性基体中拉出的过程和能耗,提出了一种简化分析方法.忽略拉出之前的界面脱粘过程及纤维拉出段的局部弯曲,考虑纤维拉出与基体剥落耦合,建立了拉出过程的非线性控制方程.用迭代法求解,得到拉出过程中短纤维桥联力与张开位移的关系,拉出能量以及界面摩擦应力,纤维倾斜角、长度等参数的影响.模拟计算结果表明:基体剥落可以提高拉出力,改变拉出力与位移的关系;适当选择界面摩擦和纤维长度可以显著增加拉出能耗.     

碳纤维水泥基复合材料导电机理的探讨

通过研究水泥基体的导电性能和不同纤维掺量、外力作用下及掺入骨料后的碳纤维水泥基复合材料的导电性能,探讨碳纤维水泥基复合材料的导电机理.研究表明,水泥基体的电阻随水化时间显著增加,其导电机理是强电解质溶液的离子导电;碳纤维水泥基复合材料的电阻率随纤维掺量增加而显著降低,其电导由接触导电、隧道导电和离子导电3种机制共同决定;碳纤维水泥基复合材料在压力作用下,电阻率因界面接触的改善和纤维搭接概率的增加而降低,在拉力作用下,电阻率因纤维的拔出、折断而提高;骨料的引入增加了复合材料的电阻,这是由于骨料增加了纤维分散的难度和折断的概率,同时阻碍了纤维的搭接并提高了隧道势垒.     

短纤维玻璃陶瓷基复合材料的静疲劳行为

研究了不同介质中单向短纤维增强玻璃陶瓷是复合静疲劳行为,结果表明,复合材料的疲劳指数和疲劳极限均高于陶瓷基体,Nicalon纤维增强复合材料在水介质中的静疲劳性能要优于碳纤维增强复合材料,认为应力腐蚀导致的纤维／基体间的界面弱化是影响得合材料静疲劳劳行为的重的要因素,界面弱化有利于提高强界面结合复合材料的静疲劳强度。     

横向压缩载荷下短纤维复合材料细观力学分析

建立含纤维、界面相和基体的短纤维增强弹性体复合材料在横向压缩载荷作用下的单纤维细观力学模型,得到了单元体内部的应力分布函数。以2种不同纤维增强弹性体复合材料为对象,研究横向压缩载荷作用下单纤维模型内部的应力分布状况。结果表明:单元体内部应力分布是不均匀的,其大小与复合材料不均匀程度及纤维体积分数有关。应力分布的不均匀性随材料的不均匀程度的增大而增大;随着纤维体积分数的增加,压应力最大值逐渐增大,而拉应力最大值先增大后减小。     

单纤维抽拔理论模型和实验验证

单纤维抽拔的分析模型有两种:基质完全包埋纤维和基质呈点状粘结纤维。针对后者研究的不足,提出了多粘结点的抽拔模型。纤维从多个粘结点中的抽拔力并不是所有粘结点单个作用时抽拔力的加和;纤维上粘结点的增加,抽拔力将增加,但存在一个增长极限,过量的粘结点对抽拔力并没有贡献;由于纤维只具有有限的强力,存在一个临界粘结点数,该值主要与粘结点的粘结长度有关。     

短碳纤维增强玻璃陶瓷基复合材料制备与机械性能

研究了单向短切碳纤维增强锂铝硅酸盐（ＬＡＳ）玻璃陶瓷基复合材料的制备工艺及其对复合材料机械性能的影响．结果表明：短切碳纤维增强ＬＡＳ玻璃陶瓷基复合材料的性能与热压温度、热压保温时间、热压压力有关；随纤维体积含量的不同，复合材料性能存在不同的最佳热压工艺；最佳热压工艺受玻璃陶瓷基体中液相的高温粘性流动行为的影响     

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.     

短纤维-TPU复合材料力学性能理论与实验研究( Ⅱ) 弹性模量理论预测及实验

综合考虑纤维长度分布、纤维取向分布及纤维2基质界面结合特性, 提出了短纤维2热塑性聚氨酯( TPU)复合材料模量预测方程, 并进行了实验研究, 理论预测方程与实验结果吻合较好。