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：复合材料学报, 2022, 39(03): 1026-1035.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20210608.003

• 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

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。

• 单位
  南京航空航天大学