纳米SiO2@黄麻纤维/PP复合材料多相界面结构与增韧机制

• 作者: 刘璇 崔益华 杨赟 聂文骏
• 来源期刊: 复合材料学报
• 学科: 工学
• 关键词: 黄麻纤维/PP复合材料 纳米SiO2界面相 多相界面结构 分子动力学(MD)模拟 增韧机制
• 年，卷（期）: 2022,（3）
• 所属期刊栏目: 树脂高分子复合材料|Resin Polymer Composite
• 页码范围: 1026-1035
• 页数: 10页
• 分类号: TB332
• 语种: 中文
• DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20210608.003

摘要

采用溶胶-凝胶法在黄麻纤维表面获得了纳米SiO2(n-SiO2)沉积层,经过模压工艺,制备了n-SiO2沉积的黄麻纤维/聚丙烯复合材料(n-SiO2@黄麻纤维/PP复合材料).通过分子动力学(MD)模拟建立了n-SiO2@黄麻纤维/PP复合材料多相界面的分子模型,结合复合材料冲击性能与断口形貌的分析,揭示了此类混杂型复合材料的多相界面结构与增韧机制.黄麻纤维经过n-SiO2沉积处理,其增强PP复合材料的冲击韧性提高了54.87％.n-SiO2沉积层通过与黄麻纤维之间的C?O?Si化学键作用及其与PP基体分子链之间的机械锁结作用,在黄麻纤维与PP基体之间形成了界面相,使得黄麻纤维/PP复合材料的界面结合能提高了27.22％.当复合材料发生冲击破坏时,n-SiO2界面相将引发"银纹效应",使得裂纹的传播方向发生倾斜或扭转,延长了裂纹的扩展路径,消耗了裂纹传播的能量,减缓了裂纹的扩展速度.此外,在冲击失效过程中,结合性能良好的多相界面不仅能够诱导PP基体产生塑性变形,吸收大量的冲击能量,而且可将部分冲击能量传递至黄麻纤维内部,使得微纤之间发生界面脱黏.由于黄麻纤维/PP基体界面结合强度小于黄麻纤维内部微纤之间的界面结合强度,因此微纤之间的界面脱黏将会消耗更多的冲击能量.