● 摘要
纤维/树脂的界面是复合材料最重要的微结构之一，其粘结性能的优劣直接影响到载荷从基体向增强体传递的效率，对复合材料的综合力学性能起着至关重要的作用。而如何采用适当的方法表征界面粘结性能非常重要。对界面粘结性能的评价方法，传统的主要有短梁剪切、纵横剪切等；近年来发展起来以单丝复合体系多次断裂法（Single Fiber Fragmentation Test，SFFT）为代表的微机械测试方法，可以实现对微观界面的直接研究，SFFT法可以通过对纤维单丝断点数的统计计算出界面剪切强度，同时能实现对断点形貌的动态考察，是目前表征复合材料界面粘结情况的一种最为有效的微观方法。本文首先通过实验探索，从试样制备规范的制定和实验设备的搭建等方面，建立了单丝复合体系多次断裂测试系统，并采用碳纤维T300/E51咪唑体系验证了该方法的稳定性与可靠性。然后运用SFFT法，系统研究了各种高强、高模碳纤维及PBO纤维、Twaron纤维、超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）等高性能有机纤维与自制韧性环氧A0的界面粘结性能；考察了界面粘结性能对T700丝束拉伸强度的影响。最后，对SFFT法得到的界面剪切强度切强度与对应的复合材料单向板层间剪切强度的关系进行了研究；并结合XPS、SEM、表面张力仪等测试手段，考察了纤维/树脂界面粘结性能的影响因素。研究结果表明，本文建立的单丝断裂法测试系统能够有效、稳定地表征纤维/树脂界面粘结性能。SFFT法研究结果表明，国产CCF300/A0的界面剪切强度弱于T300/A0；去除上浆剂CCF300及T300/A0的界面剪切强度均低于未去剂时；高强碳纤维的界面剪切强度明显高于高模碳纤维；Twaron/A0的界面剪切强度高于PBO/A0；由于界面剪切强度过小，单丝断裂法无法得到UHMWPE/A0的界面剪切强度值。SFFT法得到的界面剪切强度与层间剪切强度绝对值不相同，但变化趋势一致。纤维表面化学活性越高，对应的纤维/树脂界面剪切强度较大；树脂基体固化度越高，纤维/树脂界面剪切强度越大。