梯度结构对竹束纤维复合材料界面失效的影响

作者：顾少华; 陈季荷; 张文福; 王翠翠; 王戈; 程海涛^*

来源：复合材料学报, 2022, 39(08): 4065-4073.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20210917.003

• 竹纤维
• 梯度结构
• 天然结构
• 复合材料
• 界面
• 失效机制

为研究竹材梯度结构对竹束纤维复合材料性能的影响，以竹束纤维(BF)为增强相，环氧树脂-甲基四氢邻苯二甲酸酐(EP-MeTHPA)体系为基体相，采用热压成型制备竹束纤维增强环氧树脂-甲基四氢邻苯二甲酸酐复合材料体系(BF/EP-MeTHPA)。通过改变BF单元-竹青侧束纤维(BF-GS)和竹黄侧束纤维(BF-YS)，研究梯度结构对BF/EP-MeTHPA界面失效的影响。在分析复合材料力学性能的基础上，通过动态热机械分析(DMA)、原位加载、FTIR等纳、微观试验手段，对纤维-树脂结合状态、界面微区力学、热分析和宏观力学表征等进行研究。实验结果表明，由于BF-GS中纤维含量与强度较高，在EP-MeTHPA体系中的增强效果与分布均匀性优于BF-YS，弯曲呈现韧性阶梯状破坏；但其浸润性与界面性能却低于竹黄侧束纤维增强环氧树脂-甲基四氢邻苯二甲酸酐复合材料体系(BF-YS/EP-MeTHPA)。通过对竹材结构进行观察，发现BF-YS残留了更多的薄壁细胞，粗糙表面有利于EP的浸润与黏附，因此在接触角测试中，BF-YS的浸润力约为BFGS的60%。FTIR显示，MeTHPA可与BF羟基反应生成新的酯键，使得BF与EP-MeTHPA体系形成化学键，提高界面稳定性，而BF-YS中非结晶区的暴露使其极性更强(106.5 mN/m)，各特征峰相对面积变化量也大于BF-GS，更容易形成化学键合，其稳定性也会提高。

• 单位
  竹藤科学与技术重点实验室; 国际竹藤中心; 浙江省林业科学研究院