短纤维增强复合材料中由于短纤维易引起应力集中，容易诱发基体裂纹的产生，导致复合材料的强度和韧性降低。界面的合理设计在改善短纤维复合材料增强效果的方法中占有重要地位，但强的界面粘结力可提高复合材料的强度，却往往导致韧性下降，而弱的界面结合改善了复合材料的韧性，又往往引起强度的降低。近年来，在纤维增强复合材料设计中引入“仿生设计”或“纤维形态设计”，有望在同时改善复合材料的强度和韧性方面开拓一条新的途径。 在本学位论文研究中，我们借鉴分析了文献报道过的已有的纤维形态设计，如哑铃状纤维、分形树状纤维以及竹节状纤维等，自行设计了一种“链状”纤维，即通过机械加压的办法将普通的平直纤维制成一种形似链条状的异形纤维，该纤维由多个链节组成，每个链节由一节圆柱体和一节椭圆柱体构成。同时，以PP与热塑性弹性体POE共混的方式得到不同强度的基体，用以考察基体性能对链状纤维与基体间的相互作用。 本文首先研究了普通平直纤维制作成链状纤维后力学性能和热性能，发现经制作后链状纤维的力学性能略有降低，但不影响其作为增强材料使用；而链状纤维的热性能基本没有改变。在PP与弹性体POE共混物基体的各性能中，对纤维与基体间相互作用影响最大的基体弹性模量，随POE加入量的增加而减小，即基体的强度降低而弹性增加了。 主要以纤维单丝拔出试验来研究平直纤维和链状纤维与聚合物基体之间的界面相互作用。由于聚酰胺纤维表面与聚丙烯基体之间不存在化学或特殊相互作用且界面结合较弱，可忽略纤维.基体界面化学作用对研究链状纤维形态引起的界面作用的影响。实验结果表明，平直纤维的单丝拔出曲线与已报道的相同，且与基体间的界面结合很弱；而链状纤维则明显不同，其应力-位移曲线上出现了很有趣的有规律的多重峰，且峰的数目恰好与所埋纤维的链节数目相对应。在多重峰中，第一个峰值最大，以后的峰值逐渐减小。当纤维的埋入深度相同时，链状纤维的拔出力比平直纤维的高得多，相应的拔出功也明显增高。通过单丝拔出实验，初步证明了链状纤维可以同时提高弱界面结合的纤维增强聚合物复合材料的强度和韧性。 为了比较链状纤维对纤维.基体界面相互作用的影响，本文设计了另两种链状纤维，一种是加大制作压力，使链状纤维椭圆截面部分形变变大，一种是改变模具尺寸，使纤维中每个链节的长度不同，以此来研究链状纤维形态的变化对纤维与基体界面相互作用的关系。单丝拔出实验研究结果表明，在相同埋入深度下，使用椭圆截面部分更加扁平的链状纤维，其负载都高于较低压力下制备的链状纤维，而增加每个链节的长度，其负载得以提高。此外，改变链状纤维的直径将影响其达到断裂拉伸强度的埋入深度。 基体的强度也是影响纤维与基体界面相互作用的重要因素，研究结果显示，链状纤维在拔出过程中纤维与基体间由于纤维形态的交替变化而发生强烈的相互作用，且纤维和基体都发生了形变。因此，当基体的强度较大时，纤维的形变更大一些，随着基体强度的减小，纤维的形变减小，基体的形变增加，因而实验测得的链状纤维拔出过程的载荷，是纤维与基体形变共同作用的结果，使其作用机理趋于复杂化。同时，随基体弹性的增加，链状纤维的最大拔出力逐渐减小，纤维与基体间的相互作用减弱。当使用铜制链状纤维作比较时，发现纤维强度的增加并没有改变链状纤维单丝拔出曲线中多重峰的规律，只是纤维形变减少，拔出曲线中力与位移的对应关系更为规整。 研究结果还显示，由多根链状纤维增强的复合材料的拉伸强度较基体和平直纤维复合材料显著提高，且随纤维层数和加入量的增加，拉伸强度提高的幅度更大。抗冲击性能研究结果显示，链状纤维增强复合材料的韧性比基体和平直纤维复合材料高。这从实验上证明了使用链状纤维确能同时提高弱界面结合的纤维增强聚合物基复合材料的强度和韧性。 最后，根据实验结果和理论分析，本文提出了在弱界面结合时，链状纤维的增强和增韧机理，同时利用有限元方法对链状纤维进行了计算机分析和模拟。