天然蚕丝纤维增强环氧树脂复合材料的低温和冲击韧性研究

摘要

环氧树脂是复合材料最常用的基体相之一,但是其分子结构的特点如分子链刚性大、交联度大很大程度上决定了其力学性能的脆性,如何解决由脆性失效引起的环氧应用问题一直是这一领域的研究重点.天然动物丝的主要化学成分是蛋白质,其半结晶的分子结构和微纤微结构被认为来源于“液晶纺丝”的机理.近年来,家蚕丝突破了传统纺织业的应用领域,在功能材料领域崭露头角,并作为生物医用材料的“前驱体”被大量应用.而自然界中种类丰富的野生蚕丝,尚未被深入研究和开发.例如柞蚕丝具有～40％拉伸断裂伸长率、高达700MPa的拉伸断裂应力,兼具优异的强度和韧性,明显区别于常用的高模量和高强度的增强相如碳纤维.本研究选取家蚕丝、柞蚕丝两种蚕丝纤维作为环氧树脂的增强/增韧相,制备新型环氧树脂基复合材料,通过研究纤维体积分数、应变率、温度等内因和外因对复合材料力学性能的影响,探讨蚕丝纤维的增韧效果和复合材料韧性失效机制,为高韧性工程复合材料的设计提供理论指导.