微納米多相增強(qiáng)復(fù)合材料（MPRC）是在傳統(tǒng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）的基礎(chǔ)上引入納米尺度的填充相而得到的一種新型高級(jí)工程材料,由于其良好的力、電、化學(xué)性能等,在空天、化工、制造和生物醫(yī)學(xué)等工程和現(xiàn)代科技領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。目前制備MPRC主要有基體改性和纖維表面修飾兩種途徑。已有的研究表明MPRC相比FRP擁有諸多更加優(yōu)越的力學(xué)性能,納米相的引入如何影響復(fù)合材料力學(xué)性質(zhì)的研究已經(jīng)成為復(fù)合材料力學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。厘清微納米多相復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理對(duì)MPRC物理力學(xué)性能的評(píng)估以及實(shí)現(xiàn)其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用和可調(diào)控性具有重要指導(dǎo)意義。本文以二氧化硅納米顆粒改性基體和碳納米管修飾纖維表面這兩種代表型微納米多相復(fù)合材料為研究對(duì)象,對(duì)MPRC的力學(xué)性能增強(qiáng)效果、原理開(kāi)展研究。本文首先從實(shí)驗(yàn)和理論上研究了MPRC在準(zhǔn)靜態(tài)條件下的橫向拉伸、層間剪切、軸向壓縮等力學(xué)性能與斷裂行為,研究了納米顆粒對(duì)基體壓縮行為的影響及在復(fù)合材料中與纖維的協(xié)同增強(qiáng)作用,對(duì)比了兩種納米相在MPRC橫向拉伸、層間剪切性能方面的的提升幅度與機(jī)理,定量性地闡述了二者的作用機(jī)制。通過(guò)先進(jìn)的測(cè)量手段表征了裂紋擴(kuò)展前后纖維/基體的界面及其附... 

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

(a)蘋(píng)果公園喬布斯劇院FRP天花板吊頂[7]

的界面無(wú)法傳遞足夠的負(fù)載。良好分散的困難與高質(zhì)量納米填料的成本問(wèn)題構(gòu)成了物納米復(fù)合材料研究的主要障礙，限制了當(dāng)前聚合物納米復(fù)合材料作為主要結(jié)構(gòu)組開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。為了克服傳統(tǒng) FRP 和兩相聚合物納米復(fù)合材料的不足，在常規(guī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材基礎(chǔ)上加入納米尺度的填充相而得到的微納米多相增強(qiáng)復(fù)合材料（Multi-scale pheinforcedcomposites,MPRC）應(yīng)運(yùn)而生。MPRC 尤其是三相復(fù)合材料（三相分別指的米相的纖維，納米級(jí)填料和聚合物基體）隨后吸引越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)其展開(kāi)研究。MPRC 在文獻(xiàn)中也稱(chēng)為微納米復(fù)合材料或纖維增強(qiáng)納米復(fù)合材料。MPRC 的研究追溯到 20 世紀(jì) 90 年代中期，當(dāng)時(shí)研究人員試圖用納米粒子改性聚合物基體[10]并用米纖維（CNFs）修飾主纖維表面[11]來(lái)聯(lián)合增強(qiáng) FRP 的力學(xué)性能。然而，該領(lǐng)域的研究活動(dòng)則在十年后才出現(xiàn)，即自 2000 年代中期以來(lái)。迄今為止，大量的研究工明，通過(guò)結(jié)合傳統(tǒng) FRP 和聚合物納米復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，MPRC 為制造具有優(yōu)異的力能的先進(jìn)復(fù)合材料提供了有效的方法。

圖 1-3 VARTM 裝置示意圖[18]過(guò)改性基體來(lái)制造 MPRC 的優(yōu)點(diǎn)在于其簡(jiǎn)單性和成本效率。由于該工準(zhǔn)工業(yè)技術(shù)和設(shè)施，基于納米填料改性基體的 MPRC 很快被工業(yè)界采這種方法制備的 MPRC 已被體育產(chǎn)品公司（例如 YonexCo.Ltd）用于業(yè)網(wǎng)球和羽毛球拍。然而，將納米填料添加到聚合物中也給樹(shù)脂灌注過(guò)著納米填料的含量增加，聚合物樹(shù)脂的粘度可能顯著增加。尤其是碳有非常高縱橫比的納米填料，一旦 CNT 含量接近臨界值（流變學(xué)滲透閾體的粘度顯著增加，而臨界值通常水平較低，僅為 1％的體積分?jǐn)?shù)左右 VARTM 過(guò)程中觀察到的過(guò)濾效應(yīng)也可能是導(dǎo)致 CNT 在 MPRC 中不均題。CNT 的附聚物可能在主纖維之間的間隙處被堵塞，并導(dǎo)致非常緩慢浸漬。這些問(wèn)題使得納米填料改性基體的注入成為一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任低納米填料的含量分?jǐn)?shù)和縱橫比可以減輕樹(shù)脂浸漬對(duì) MPRC 性能的負(fù)些權(quán)宜之計(jì)意味著削弱納米填料引入的力學(xué)增強(qiáng)的可能性。最近，一些

【參考文獻(xiàn)】：
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