纖維增強樹脂基復合材料研究進展 zund G3 M-2500-皮夾克台中雕刻裁切加工－王芝吉焦點新聞熱搜

　　摘要：纖維增強樹脂基復合材料由于其優異的力學性能和較低的密度，作為一種高新材料被廣泛應用于汽車、航天等領域。本文簡單介紹了復合材料的增強機理與幾種纖維復合材料、并對納米纖維復合材料的發展做了簡要敘述，對復合材料的發展趨勢進行了展望。
　　關鍵詞：纖維增強；樹脂基復合材料；納米纖維

　　經過纖維增強后的材料與原純樹脂材料其模量、耐沖擊性、耐腐蝕、隔熱等優點有了明顯地提高，常用的基體樹脂包括熱固性樹脂如環氧類聚合物、酚醛樹脂以及不飽和聚合物等，熱塑性樹脂聚丙烯腈、聚丙烯等。
　　近來興起的納米纖維由于纖維尺寸進入納米級以后所具有的獨特的小尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧道效應而使復合材料在結構參數（符合度、聯接型、標度等）與常規纖維相比有很大的改變，通過改變納米材料的聚集結構、高聚物基體的結構性能、粒子與基體的界面結構以及加工復合工藝1等，可以大幅度改變復合材料性能。
　　1.增強機理
　　復合材料是由兩種或者多種性質不同的材料通過物理或者化學復合，組成具有兩個或者兩個以上相態結構的材料，在纖維增強材料中有，基體通過界面將載荷有效地傳遞到增強相當中，纖維是承受由基體傳遞來的有效載荷，是主承力相2。各相之間的接觸面即界面是復合材料中為重要的微結構，對復合材料的性能影響極大。基體材料與復合材料之間相互接觸發成界面反應，形成一個小尺寸界面，并在此界面上產生界面效應例如阻止裂紋的進一步擴展。兩相之間相互作用力的強弱取決于相表面的形態包括增強相表面的粗糙程度、偶聯劑的使用、界面的浸濕、化學鍵的形成等。
　　復合材料的復合效應3是其他所有材料所不具備的，包括線性效應比如協同、加和，非線性效應比如系統效應、混合效應等。正是由于這些效應使得復合材料在力學性能或其它光學磁學等性能上優于其他材料，有人預計21世紀是人類從鋼鐵材料走向復合材料的一個新世紀。
　　2.纖維增強
　　2.1天然纖維增強
　　復合材料中的天然纖維多指纖維素，也有殼聚糖纖維等其它天然纖維。天然纖維具有可再生，無生物毒性、易分解等優點。有研究指出經黃麻纖維4、苧麻纖維5經過涂布法或者熱壓成型法成型，并對纖維的捻度、長徑分布進行討論，測得不同條件下纖維的拉伸強度可以得出纖維增強后的熱固性樹脂力學性能有極大提高。天然纖維大多數是以葡萄糖為單體單元，由于其多羥基結構使得它具有很強的親水性。它與聚合物的相容性、復合材料的吸水速率會影響到復合材料的力學性能，可以加入助劑比如硅烷乙酰類，酸類相容劑，或者對纖維的表面進行處理，使得相容性提高，吸水率降低。M.boopalan6將黃麻纖維和劍麻纖維經過酸處理酯化后與環氧樹脂進行原位復合，并用FTIR進行表征，在1239cm-1出檢測到有峰出現，表明苯環C與羥基相連，得到了很好的相容性增強。
　　2.2人造纖維增強
　　人造纖維包括有機合成纖維如高聚物纖維如滌綸氯綸等和無機纖維如玻璃纖維、碳纖維等。玻璃纖維與碳纖維復合材料相比玻璃纖維與樹脂基復合材料的結合界面力不夠強，通過破壞性試驗研究斷面的SEM圖可以發現玻璃纖維的斷裂發生在界面上，而碳纖維的斷裂發生在樹脂內部7。可以使用偶聯劑、浸潤劑、等離子體等處理方法對玻璃纖維進行改性8。碳纖維的表面活性官能團較少，表面能低，呈現出表面化學惰性，與聚合物進行復合是很難形成穩定的界面相，結合力較弱,可以通過氣相氧化法、陽極氧化法、電聚合表面涂層法、液相氧化法及等離子氧化法等9改善其表面性質。
　　碳納米管是近來出現的一個熱門領域，由于其獨特的納米尺寸使得它表面原子比例、表面能和活性增大,從而產生了小尺寸效應、表面或界面效應、量子尺寸效應等,在化學、物理性質方面表現出特異性，是復合材料目前在理論上理想的材料。現在多用原位聚合法制備碳納米管復合材料，Qian10等用TEM觀察原位聚合法復合材料的形變機理和載荷轉移發現開裂不會再裂縫中而不是PS機體內，說明載荷被有效地專業到了納米管上。碳納米管的研究尚處于起步階段，許多理論問題有待發展和完善。預計今后的研究方向包括碳納米管和聚合物兩相之間相容性，兩相之間界面作用的表征和研究，提高碳納米管的分散和在聚合物中的取向的方法研究，碳納米管的加入對聚合物結構性能的影響等。

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