多尺度碳納米材料／纖維增強(qiáng)體構(gòu)筑及界面增強(qiáng)機(jī)制

董彬 ，李華 ，魏汝斌 ，何金迎 ，張文婷 ，李金鹿 ，李鋒 ，翟文

(1.中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031； 2.山東三達(dá)科技發(fā)展有限公司，濟(jì)南 250031；3.海軍駐西安彈藥專業(yè)軍事代表室，西安 710043)

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量高、易成型、耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定、能量吸收率高等優(yōu)異性能，已廣泛應(yīng)用于武器裝備、航空航天、艦艇船舶和民用器材等領(lǐng)域[1]。復(fù)合材料的性能是由纖維增強(qiáng)體、樹脂基體以及二者之間的界面應(yīng)力傳遞能力共同決定的。增強(qiáng)纖維(如碳纖維和芳綸纖維等)普遍具有較強(qiáng)的化學(xué)惰性和較低的表面能，導(dǎo)致復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度等界面性能較弱，難以充分發(fā)揮纖維優(yōu)異力學(xué)性能的優(yōu)勢(shì)[2]。另外，復(fù)合材料屬于典型的各向異性材料，其優(yōu)異的物理力學(xué)性能主要集中于纖維的軸向，其在橫向和厚度方向上的性能較弱，限制了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域[3]。因此，通過(guò)對(duì)纖維與樹脂之間的界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，可以提高界面應(yīng)力傳遞能力，改善復(fù)合材料的綜合性能。

新型碳納米材料(包括碳納米管和石墨烯等)具有極高的比表面積、斷裂強(qiáng)度和沖擊韌性，已成為復(fù)合材料理想的增強(qiáng)填料。碳納米材料改性復(fù)合材料的方式主要包括：對(duì)樹脂基體改性和對(duì)增強(qiáng)纖維改性兩種[4]。大量研究已經(jīng)證實(shí)，將碳納米材料加入到樹脂基體中可顯著提高樹脂的力學(xué)性能[5–7]。但是，碳納米材料改性樹脂工藝存在明顯的局限性，例如微量碳納米材料的加入即可導(dǎo)致樹脂黏度的急劇增加，降低了樹脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)性，增大了復(fù)合材料的成型難度[8]。由于碳納米材料之間極強(qiáng)的相互作用，碳納米材料在樹脂基體中的分散極為困難。同時(shí)，當(dāng)采用傳統(tǒng)的真空輔助成型工藝制備復(fù)合材料時(shí)，樹脂基體中的碳納米材料可由于纖維織物的存在而發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)濾作用[9–10]。

鑒于碳納米材料改性樹脂工藝的局限性，近年來(lái)，多尺度碳納米材料／纖維增強(qiáng)體的構(gòu)筑受到了廣泛關(guān)注。與碳納米材料改性樹脂基體不同，將碳納米材料沉積于纖維表面構(gòu)筑多尺度增強(qiáng)體，可有效避免樹脂黏度的增加和纖維對(duì)碳納米材料的過(guò)濾作用。同時(shí)，多尺度增強(qiáng)體能夠充分發(fā)揮纖維和碳納米材料的各自優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和性能的調(diào)控。雜化多尺度結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑可以提高纖維表面粗糙度和纖維與基體的機(jī)械嚙合程度，改善纖維表面的微界面結(jié)構(gòu)。功能化碳納米材料表面大量活性官能團(tuán)的存在可實(shí)現(xiàn)碳納米材料與基體的化學(xué)結(jié)合，進(jìn)一步優(yōu)化纖維與基體之間的界面性能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的有效傳遞。同時(shí)，碳納米材料在纖維表面的沉積可有效彌補(bǔ)纖維表面的結(jié)構(gòu)缺陷，強(qiáng)化纖維的力學(xué)性能[11]。

1 多尺度碳納米材料／纖維增強(qiáng)體的構(gòu)筑工藝

目前，多尺度碳納米材料／纖維增強(qiáng)體的構(gòu)筑工藝主要包括噴涂–浸涂工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、化學(xué)接枝工藝、電泳沉積(EPD)工藝和上漿劑復(fù)合工藝等[12]。

1.1 噴涂–浸涂工藝

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，噴涂和浸涂是兩種不同的多尺度增強(qiáng)體構(gòu)筑工藝，噴涂是利用高壓噴槍將碳納米材料分散液均勻噴涂于纖維表面，而浸涂是將纖維完全浸漬于碳納米材料分散液中。但二者的原理是一致的，均是利用水或有機(jī)溶劑的揮發(fā)將碳納米材料沉積于纖維表面，其中穩(wěn)定分散的碳納米材料分散液的制備是其關(guān)鍵技術(shù)[13]。B.D.Jamnani等[14]采用浸涂工藝制備酸化碳納米管／玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體，酸化碳納米管的沉積提高了玻璃纖維與環(huán)氧樹脂之間的界面剪切強(qiáng)度。Zhang Han等[15]采用噴涂工藝，將多壁碳納米管沉積到碳纖維預(yù)浸料表面，碳納米管的沉積顯著提高了碳纖維復(fù)合材料的層間斷裂韌性和應(yīng)變破壞敏感能力。類似地，Yao Huichao等[16]將聚合物接枝碳納米纖維和多壁碳納米管穩(wěn)定分散于乙醇溶液中，采用高壓噴涂工藝將其沉積到碳纖維織物表面，碳納米材料的沉積提高了復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。F.Yavari等[17]對(duì)比分析了兩種不同的石墨烯分布方式對(duì)環(huán)氧樹脂／玻璃纖維復(fù)合材料性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，將石墨烯直接噴涂于玻璃纖維表面而制備的復(fù)合材料的抗疲勞失效性能比石墨烯改性樹脂工藝提高了8倍。原因是當(dāng)石墨烯分布于纖維表面時(shí)可顯著提高纖維與樹脂的界面強(qiáng)度。盡管噴涂–浸涂工藝可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程化應(yīng)用，但碳納米材料在纖維表面的團(tuán)聚問(wèn)題以及碳納米材料／纖維之間較弱的界面結(jié)合限制了多尺度增強(qiáng)體性能的發(fā)揮。

1.2 CVD 工藝

CVD工藝是目前國(guó)內(nèi)外研究最多的碳納米管／碳纖維多尺度增強(qiáng)體的制備工藝[18]。鑒于石墨烯和碳納米管不同的化學(xué)氣相生長(zhǎng)機(jī)制，目前CVD工藝還不能用于多尺度石墨烯／纖維增強(qiáng)體的構(gòu)筑。研究表明，CVD工藝構(gòu)筑的碳納米管／碳纖維增強(qiáng)體可顯著提高增強(qiáng)體與基體的接觸面積，改善復(fù)合材料的界面應(yīng)力傳遞能力和沖擊韌性[18]。CVD工藝影響因素復(fù)雜，設(shè)備要求較高，其中金屬催化劑的種類和濃度、前驅(qū)體組成和濃度、沉積溫度和時(shí)間等工藝參數(shù)均會(huì)顯著影響碳納米管在纖維表面的生長(zhǎng)狀態(tài)。Wang Yilei等[19]采用CVD工藝，在碳纖維表面均勻沉積單壁碳納米管。層間剪切強(qiáng)度測(cè)試表明，單壁碳納米管在碳纖維表面的沉積有利于界面載荷的有效傳遞。但是，催化劑金屬顆粒在纖維表面的殘留以及高溫沉積條件等將嚴(yán)重?fù)p害碳纖維的力學(xué)性能[20]；高溫下纖維表面聚合物上漿劑的去除將嚴(yán)重消弱碳納米管與碳纖維之間的相互作用。近年來(lái)，等離子體CVD工藝在制備多尺度增強(qiáng)體領(lǐng)域顯示出較大優(yōu)勢(shì)，該工藝可不使用金屬催化劑，并且碳納米材料在纖維表面為均勻連續(xù)結(jié)構(gòu)，具有良好的發(fā)展前景和應(yīng)用潛力[21–22]。

1.3 化學(xué)接枝工藝

化學(xué)接枝工藝是通過(guò)在碳納米材料與纖維之間構(gòu)筑共價(jià)鍵合的方法實(shí)現(xiàn)二者之間的有效結(jié)合，一般首先通過(guò)纖維預(yù)氧化的方式在其表面引入極性官能團(tuán)，然后與功能化碳納米材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，制備工藝極為繁瑣。例如，Wu Guangshun等[23]采用化學(xué)接枝工藝制備了碳納米管／碳纖維多尺度增強(qiáng)體，具體工藝如下：首先采用丙酮回流方式將碳纖維表面的上漿劑去除，濃硝酸預(yù)氧化處理碳纖維在其表面引入羥基和羧基，LiAlH4處理將羧基全部轉(zhuǎn)化為羥基，羥基與水解后的氨基硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生縮合反應(yīng)，將氨基引入到碳纖維表面；對(duì)碳納米管進(jìn)行酰氯功能化，利用酰氯基團(tuán)與氨基的反應(yīng)，最終將碳納米管接枝到碳纖維表面。類似地，Chen Lei等[24]采用化學(xué)接枝工藝制備了氧化石墨烯／聚對(duì)苯撐苯并二噁唑纖維(PBO)多尺度增強(qiáng)體。首先采用濃硫酸預(yù)氧化處理，在PBO表面引入羥基和羧基，采用硅烷偶聯(lián)劑預(yù)沉積和氧化石墨烯二次沉積工藝，將氧化石墨烯接枝到PBO表面。研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯接枝PBO纖維的力學(xué)性能明顯低于初始PBO纖維。原因是濃硫酸預(yù)氧化對(duì)PBO纖維的力學(xué)性能產(chǎn)生損傷。

為避免纖維的預(yù)氧化處理對(duì)纖維力學(xué)性能產(chǎn)生的不利影響，Zhu Jiaojiao等[25]利用聚多巴胺的超優(yōu)異粘合性能，采用聚多巴胺預(yù)沉積和氧化石墨烯二次沉積工藝，將氧化石墨烯接枝到芳綸纖維表面，構(gòu)筑了多尺度氧化石墨烯／芳綸纖維增強(qiáng)體。研究發(fā)現(xiàn)，芳綸纖維的力學(xué)性能得到顯著提升，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂能分別提高了8.2%，12.3%和19.7%。原因是氧化石墨烯有效彌補(bǔ)了纖維在生產(chǎn)制造過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷，避免了應(yīng)力集中。Wang Pengfei等[26]采用類似的聚多巴胺預(yù)沉積工藝，將氧化石墨烯二次沉積到碳纖維表面，顯著提高了環(huán)氧樹脂／碳纖維復(fù)合材料的抗裂紋擴(kuò)展性能。聚多巴胺預(yù)沉積工藝避免了纖維的強(qiáng)酸預(yù)氧化處理，同時(shí)強(qiáng)化了纖維的力學(xué)性能，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛能。盡管如此，化學(xué)接枝工藝極為繁瑣，目前仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程化應(yīng)用。

1.4 EPD 工藝

EPD工藝是利用電化學(xué)原理將帶電荷的碳納米材料均勻沉積于纖維表面，通過(guò)控制帶電荷碳納米材料溶液的濃度和pH值、施加電壓以及沉積時(shí)間等因素，調(diào)控和設(shè)計(jì)碳納米材料在纖維表面的沉積速率和沉積量[27–29]。研究發(fā)現(xiàn)，EPD工藝對(duì)導(dǎo)電纖維(如碳纖維)和非導(dǎo)電纖維(如玻璃纖維)均適用[30–31]。EPD工藝可有效避免CVD工藝中金屬催化劑和高溫等不利因素對(duì)纖維造成的損傷，亦可避免化學(xué)接枝工藝中強(qiáng)氧化劑對(duì)纖維造成的損傷。Yao Xuming等[32]采用超聲波輔助EPD工藝，分別將羧基功能化碳納米管和氧化石墨烯(二者均帶負(fù)電荷)均勻沉積到碳纖維表面，對(duì)比分析了兩種不同碳納米材料的沉積對(duì)環(huán)氧樹脂／碳纖維復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度的不同影響。結(jié)果表明，羧基功能化碳納米管/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的界面剪切強(qiáng)度。EPD工藝制備的多尺度增強(qiáng)體中碳納米材料與纖維之間是弱范德華力相互作用。為進(jìn)一步提高碳納米材料與纖維之間的界面結(jié)合，Wang Caifeng等[33–34]均通過(guò)EPD／熱退火處理的工藝制備了氧化石墨烯／碳纖維多尺度增強(qiáng)體，在熱退火處理的過(guò)程中，氧化石墨烯與碳纖維表面上漿劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將氧化石墨烯以共價(jià)鍵合的方式沉積于碳纖維表面，實(shí)現(xiàn)了碳納米材料與纖維的有效結(jié)合，為充分發(fā)揮多尺度增強(qiáng)體的優(yōu)異特性提供了嶄新的途徑。

1.5 上漿劑復(fù)合工藝

涂敷上漿劑是纖維生產(chǎn)制造過(guò)程中必不可少的工序，而上漿劑復(fù)合工藝是將碳納米材料提前均勻分散于纖維上漿劑中，通過(guò)纖維上漿工藝將碳納米材料沉積于纖維表面，實(shí)現(xiàn)多尺度纖維增強(qiáng)體的構(gòu)筑[12]。Zhang Xiaoqing等[35]將氧化石墨烯分散于碳纖維上漿劑中，探究了上漿劑中氧化石墨烯的濃度對(duì)環(huán)氧樹脂／碳纖維復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，上漿劑中的氧化石墨烯提高了環(huán)氧樹脂對(duì)碳纖維的浸潤(rùn)性，并且纖維表面的氧化石墨烯可與環(huán)氧樹脂形成化學(xué)鍵和氫鍵而相互作用。Ma Lichun等[36]將功能化石墨烯通過(guò)上漿劑復(fù)合工藝均勻沉積于碳纖維表面。單纖維微液滴脫粘測(cè)試和三點(diǎn)彎曲測(cè)試表明，復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度、界面剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度等均得到大幅提升。上漿劑復(fù)合工藝方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，因此最易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

2 多尺度界面增強(qiáng)機(jī)制和失效模式

目前國(guó)內(nèi)外已逐步開展關(guān)于多尺度結(jié)構(gòu)界面增強(qiáng)機(jī)制的研究。碳納米材料的引入導(dǎo)致復(fù)合材料中三種界面同時(shí)存在：碳納米材料／纖維界面、碳納米材料／基體界面以及纖維／基體界面，使得界面增強(qiáng)機(jī)制和失效模式更加復(fù)雜。針對(duì)碳納米管／碳纖維多尺度微納結(jié)構(gòu)，An Feng等[37]提出了三種界面失效模式，分別為：①碳纖維從基體中拔出時(shí)，碳納米管與碳纖維發(fā)生剝離，碳納米管殘留于基體中；②碳納米管和碳纖維同時(shí)從基體中拔出，碳納米管殘留于碳纖維表面；③碳納米管發(fā)生斷裂，一部分隨碳纖維拔出，一部分殘留于基體中。研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管／碳纖維多尺度微納結(jié)構(gòu)的三種失效模式同時(shí)存在，只是所占比例不同。Wang Chao等[38]分別通過(guò)化學(xué)接枝和CVD工藝制備了碳納米管／碳纖維多尺度增強(qiáng)體，對(duì)比分析了二者之間界面失效機(jī)制的差異。界面失效機(jī)制隨著碳納米管在碳纖維表面分布形貌的不同而明顯不同。對(duì)于化學(xué)接枝工藝制備的多尺度增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)，其界面失效機(jī)制主要包括切向失效和正向失效；對(duì)于CVD工藝制備的多尺度增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)，其界面失效機(jī)制則為碳納米管從碳纖維表面的剝離和碳納米管的斷裂。Peng Qingyu等[39]對(duì)比分析并闡釋了羧基功能化碳納米管／碳纖維和氧化石墨烯／碳纖維多尺度結(jié)構(gòu)的不同界面增強(qiáng)機(jī)制。羧基化碳納米管和氧化石墨烯表面大量活性官能團(tuán)的存在實(shí)現(xiàn)了碳納米材料與環(huán)氧樹脂基體的化學(xué)結(jié)合，有效阻止裂紋的擴(kuò)展。碳納米材料的沉積提高了纖維表面的粗糙程度和纖維與基體之間的機(jī)械嚙合程度。由于氧化石墨烯具有比碳納米管更大的二維尺寸，導(dǎo)致氧化石墨烯在碳纖維表面的接枝密度低于碳納米管，氧化石墨烯／碳纖維多尺度增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)的界面結(jié)合強(qiáng)度略低于碳納米管／碳纖維多尺度增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)。

3 多尺度增強(qiáng)體對(duì)復(fù)合材料性能的影響

3.1 界面結(jié)合性能

多尺度增強(qiáng)體的構(gòu)筑可顯著提高纖維的表面粗糙度和樹脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)程度，樹脂與纖維之間的機(jī)械互鎖增強(qiáng)了界面應(yīng)力傳遞能力。大量研究已經(jīng)證實(shí)，采用碳納米材料對(duì)纖維進(jìn)行修飾可顯著提高復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度和界面剪切強(qiáng)度等界面性能。Huang Shengyun等[34]采用EPD／熱退火工藝制備氧化石墨烯／碳纖維多尺度增強(qiáng)體。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂／多尺度增強(qiáng)體復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度由47.29 MPa提高到81.75 MPa，提高73%。An Feng等[37]采用CVD工藝制備碳納米管／碳纖維多尺度增強(qiáng)體。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)碳納米管沉積后，碳纖維與環(huán)氧樹脂基體之間的界面剪切強(qiáng)度提高了約94%。Zhang Tong等[40]通過(guò)EPD和化學(xué)接枝工藝將碳納米管和氧化石墨烯共同沉積于碳纖維表面。單纖維微液滴拉伸測(cè)試表明，復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度提高了69.7%，碳納米管與氧化石墨烯對(duì)碳纖維起到協(xié)同增強(qiáng)的作用。Sun Tong等[41]采用EPD工藝制備了氧化石墨烯／碳纖維多尺度增強(qiáng)體。結(jié)果表明，復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度由45.0 MPa提高到61.9 MPa，提高37.6%。

3.2 物理力學(xué)性能

多尺度增強(qiáng)體在提高復(fù)合材料界面性能的同時(shí)，也對(duì)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能產(chǎn)生積極影響。Li Min等[42]采用噴涂–浸涂工藝，將羧基功能化和羥基功能化碳納米管沉積到碳纖維表面，真空輔助成型工藝制備環(huán)氧樹脂／碳納米管／碳纖維復(fù)合材料，結(jié)果顯示，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度由1.46 GPa提高到1.62 GPa，提升11%。Liu Liu等[43]采用化學(xué)接枝工藝制備了氧化石墨烯／碳纖維多尺度增強(qiáng)體，熱壓工藝制備了聚醚醚酮／氧化石墨烯／碳纖維復(fù)合材料。結(jié)果表明，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度由762 MPa提高到981 MPa，提升28.7%。A.K.Srivastava等[44]采用噴涂工藝制備了石墨烯納米片層／碳纖維多尺度增強(qiáng)體，真空輔助成型工藝制備了環(huán)氧樹脂／石墨烯納米片層／碳纖維復(fù)合材料。結(jié)果表明，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度由629 MPa提高到777 MPa，提升23.5%，充分顯示出碳納米材料對(duì)復(fù)合材料極佳的增強(qiáng)效果。

3.3 其它功能特性

研究表明，多尺度增強(qiáng)體增強(qiáng)復(fù)合材料表現(xiàn)出更加優(yōu)異的功能特性，如抗高速?gòu)椡枨謴?、電磁屏蔽、壓阻效?yīng)等。

V.M.Boddu等[45]采用CVD工藝，在E–玻璃纖維織物表面沉積碳納米管制備了多尺度增強(qiáng)體，研究了聚酯／多尺度增強(qiáng)體復(fù)合材料的抗高速?gòu)椀狼謴匦阅?。結(jié)果表明，多尺度增強(qiáng)體增強(qiáng)復(fù)合材料在高應(yīng)變率下的比吸能提高了106%，彈道極限速度提高了11.1%。該研究證實(shí)了多尺度碳納米管／纖維增強(qiáng)體的構(gòu)筑對(duì)復(fù)合材料的抗高速?zèng)_擊性能產(chǎn)生了積極影響。

Wu Jiaming等[46]通過(guò)EPD工藝和化學(xué)還原的方式制備了還原氧化石墨烯／碳纖維多尺度增強(qiáng)體，探究了沉積時(shí)間和沉積電壓等沉積工藝參數(shù)對(duì)多尺度增強(qiáng)體增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料電磁屏蔽性能的影響。研究表明，在最佳EPD工藝(沉積電壓21 V，沉積時(shí)間60 min)條件下，當(dāng)頻率為12.4 GHz時(shí)，多尺度增強(qiáng)體增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料獲得了最大的電磁屏蔽效能(37.6 dB)，比環(huán)氧樹脂／碳纖維復(fù)合材料的屏蔽效能提高了47.6%。類似地，Wan Xiangrong等[47]通過(guò)化學(xué)接枝工藝制備了還原氧化石墨烯／玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體。在8.2～12.4 GHz的頻率范圍內(nèi)，多尺度增強(qiáng)體增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的電磁屏蔽效能最大值為21.3 dB，充分顯示出多尺度增強(qiáng)體在電磁屏蔽領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢(shì)。

Hao Bin等[48]利用多尺度增強(qiáng)體增強(qiáng)復(fù)合材料的壓阻效應(yīng)，采用EPD工藝分別構(gòu)筑了碳納米管／玻璃纖維和石墨烯／玻璃纖維多尺度增強(qiáng)體，對(duì)比分析了兩種增強(qiáng)體在監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)破壞方面的應(yīng)用潛能。結(jié)果表明，兩種多尺度增強(qiáng)體增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料均表現(xiàn)出負(fù)溫度系數(shù)行為，石墨烯／玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料比碳納米管／玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料表現(xiàn)出對(duì)溫度和應(yīng)變更強(qiáng)的敏感性。引起復(fù)合材料壓阻效應(yīng)的原因是在外力條件下，纖維與樹脂基體之間產(chǎn)生了不同的界面結(jié)構(gòu)。石墨烯／玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在監(jiān)測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)破壞方面更具有價(jià)值，可提供更加詳細(xì)的結(jié)構(gòu)破壞細(xì)節(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管可以通過(guò)一系列先進(jìn)工藝獲得碳納米材料修飾的多尺度纖維增強(qiáng)體，但是碳納米材料與纖維之間的界面結(jié)合往往較弱，復(fù)合材料的界面失效通常發(fā)生在碳納米材料與纖維的界面結(jié)合處。換句話說(shuō)，碳納米材料的沉積有時(shí)會(huì)嚴(yán)重降低纖維與樹脂之間的界面結(jié)合，因此需通過(guò)界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步提高纖維與碳納米材料之間的界面結(jié)合，完善制備工藝。

碳納米材料的引入導(dǎo)致纖維／碳納米材料、碳納米材料／樹脂和纖維／樹脂三種界面同時(shí)存在，使得多尺度界面增強(qiáng)機(jī)制和失效模式更加復(fù)雜，影響因素眾多，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于此方面的研究還處于起步階段，亟需進(jìn)一步加強(qiáng)研究。由于界面性質(zhì)的改變，碳納米材料在纖維表面的沉積可引起復(fù)合材料性能的一系列變化，并賦予復(fù)合材料新的功能特性。多尺度增強(qiáng)體與樹脂復(fù)合后的新型復(fù)合材料的性能研究需深入探索。