復(fù)合材料中架橋纖維的拉曼光譜研究——以碳纖維和超高分子量聚乙烯纖維為例.pdf

1、纖維的性質(zhì)和幾個納米到幾十微米的界面區(qū)域是影響復(fù)合材料性能的兩個關(guān)鍵因素。拉曼光譜可用于研究纖維的微觀力學(xué)性質(zhì)和纖維/基體界面的微力學(xué)行為。通過纖維搭橋技術(shù)可得到復(fù)合材料界面的微觀力學(xué)性質(zhì)。本論文希望為復(fù)合材料制備中高性能纖維的選擇以及增強纖維在補強技術(shù)上的實際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。論文主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　?。?）論文通過拉曼光譜研究了碳纖維和超高分子量聚乙烯纖維的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)兩種纖維具有不同的應(yīng)力敏感性。在外載應(yīng)變下，碳纖維的G’

2、峰的拉曼頻移與應(yīng)變之間呈簡單的線性關(guān)系；而超高分子量聚乙烯纖維的1129cm-1峰，在應(yīng)變下裂分成兩個峰——低應(yīng)力承受峰（窄峰）和高應(yīng)力承受峰（寬峰），且在小應(yīng)變下低應(yīng)力承受峰和高應(yīng)力承受峰的拉曼頻移呈線性變化，分別在6％和8%應(yīng)變時拉曼頻移-應(yīng)變曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折。
　　（2）論文通過拉曼Mapping掃描得到超高分子量聚乙烯纖維在應(yīng)變過程中分子構(gòu)象的變化情況，研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)象的轉(zhuǎn)變與C-C鍵的伸縮振動、纖維的斷裂有關(guān)，低應(yīng)力承受C-C鍵

3、所在的分子的構(gòu)象更容易變化。纖維斷裂前，纖維分子的C-C鍵會發(fā)生劇烈的旋轉(zhuǎn)來抵抗纖維分子鏈的斷裂。
　?。?）論文通過微滴試驗比較研究脆性的碳纖維/樹脂界面和韌性的超高分子量聚乙烯纖維/樹脂界面性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)脆性的碳纖維所受的應(yīng)力呈“M”狀分布，而韌性的聚乙烯纖維所受的應(yīng)力呈“W”狀分布。
　?。?）論文進一步通過建立纖維搭橋技術(shù)比較研究脆性的碳纖維架橋纖維/裂縫和韌性的超高分子量聚乙烯纖維架橋纖維/裂縫的交互微力學(xué)，研究發(fā)現(xiàn)架

4、橋纖維具有明顯的止裂作用，裂縫在穿過架橋纖維時速度明顯減慢一半。在裂縫附近碳纖維架橋纖維的應(yīng)力分布呈“W”狀，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到1.2%時，曲線呈“拱型”。剪應(yīng)力位于（-0.02GPa，+0.02GPa）之間；而超高分子量聚乙烯架橋纖維的應(yīng)力分布呈“正拋物線型”，剪應(yīng)力位于（-0.06GPa，+0.06GPa）之間。
　?。?）通過對實驗數(shù)據(jù)擬合分析建立脆性的碳纖維架橋纖維和韌性的超高分子量聚乙烯架橋纖維的應(yīng)力分布模型。架橋纖維上應(yīng)力分布