【摘 要】
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氧化石墨烯(GO)溶液通过沉积自组装能形成类似一维光子晶体的结构色功能涂层,可将其与纤维结合制备具备彩色功能响应性的高强度纤维。但由于GO结构色涂层与纤维间仅存在物理结合力,界面性能不足,涂层易脱落而影响该彩色纤维复合材料的力学性能。如何使纤维增强复合材料具有优异界面性能的同时兼顾其功能性和响应性是获得智能复合材料的关键问题之一。本文在保持彩色功能性的基础上,通过化学接枝的方法以及物理增强浸润性的
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氧化石墨烯(GO)溶液通过沉积自组装能形成类似一维光子晶体的结构色功能涂层,可将其与纤维结合制备具备彩色功能响应性的高强度纤维。但由于GO结构色涂层与纤维间仅存在物理结合力,界面性能不足,涂层易脱落而影响该彩色纤维复合材料的力学性能。如何使纤维增强复合材料具有优异界面性能的同时兼顾其功能性和响应性是获得智能复合材料的关键问题之一。本文在保持彩色功能性的基础上,通过化学接枝的方法以及物理增强浸润性的方法来提高彩色纤维复合材料的界面强度,并对其功能响应性及GO彩色纤维还原后的导电功能性进行了研究。本文利用氨基端基硅烷偶联剂KH550对GO进行化学修饰得到m GO,使其能够与碳纤维(CF)表面的环氧上浆剂形成共价连接。采用环氧端基硅烷偶联剂KH560对玻璃纤维(GF)表面进行修饰以适应m GO,通过化学接枝的方法制备出彩色玻璃纤维。探究了彩色纤维的生色机理及m GO化学接枝对m GO-CF和m GO-GF界面剪切强度、拉伸力学性能的影响。结果表明,m GO-CF-15、m GO-GF-15的界面剪切强度与GOCF、GO-GF相比分别提高了13.5%和20.07%。此外,m GO使纤维呈现鲜艳色彩同时对纤维表面缺陷的填补作用还能够提高m GO-CF和m GO-GF的单丝拉伸性能。受电辅助润湿技术的启发,采用一种更简单高效的物理方法来提高彩色纤维的界面性能。在复合材料固化过程中,利用外部电场产生的电场力驱动液体树脂流动,抵消纤维表面凹槽处的表面张力使树脂液体完全渗透到纤维表面凹槽中,增大树脂基体与纤维的接触面积。通过界面性能测试和微观分析证明在电润湿的作用下,纤维复合材料的界面处形成良好的机械互锁作用,界面粘结性能明显提高。在保证彩色纤维良好界面性能的情况下,我们希望赋予纤维复合材料智能特性。通过在不同溶剂下观察彩色玻璃纤维色彩的变化,发现彩色玻璃纤维在接触溶剂蒸气后呈现循环可逆的变色响应性。利用这种现象可以监测复合材料的使用温度,避免复合材料在高温条件下使用导致其损坏。将彩色玻璃纤维置于高温环境下还原,其表面形成致密的还原氧化石墨烯(r GO)导电涂层,赋予玻璃纤维导电特性。因此,在r GO-GF-EP中,电流只通过界面区域,纤维和周围的树脂基体都保持电绝缘,电阻随应力的变化可以表明界面破坏机制。可通过监测电阻变化在复合材料断裂前进行早期预警来防止复合材料固有损伤和微裂纹的出现。
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