纳米SiO_(2)@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 LIU Xuan;CUI Yihua;YANG Yun;NIE Wenjun

作者机构：南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2022年第39卷第3期

页      面：1026-1035页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 0710[理学-生物学] 0821[工学-纺织科学与工程] 1002[医学-临床医学] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主　　题：黄麻纤维/PP复合材料 纳米SiO_(2)界面相 多相界面结构 分子动力学(MD)模拟 增韧机制 

摘      要：采用溶胶-凝胶法在黄麻纤维表面获得了纳米SiO_(2)(n-SiO_(2))沉积层,经过模压工艺,制备了n-SiO_(2)沉积的黄麻纤维/聚丙烯复合材料(n-SiO_(2)@黄麻纤维/PP复合材料)。通过分子动力学(MD)模拟建立了n-SiO_(2)@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-SiO_(2)沉积处理,其增强PP复合材料的冲击韧性提高了54.87%。n-SiO_(2)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-SiO_(2)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。