纳米SiO2质量分数对胶粘碳纤维增强树脂复合材料板-钢搭接界面黏结性能的影响

摘要

胶黏剂力学性能对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢结构的界面黏结性能影响显著.基于研制的胶黏剂配比,分析了不同纳米SiO2质量分数对胶黏剂常温固化后基本力学性能及微观结构的影响,制作了31个CFRP板-钢板双搭接试件,对其进行了常温固化后的承载能力、有效黏结长度、传力模式、黏结-滑移本构等试验研究,得出了纳米SiO2质量分数对CFRP板-钢板搭接试件界面黏结性能的影响规律,并与常用商品胶黏剂进行了比较.研究结果表明:随纳米SiO2质量分数的增加,胶黏剂应力-应变关系由线性转变为非线性,应变能、断裂伸长率及剪切强度分别最高提升了292.10％、202.88％和133.12％.微观结构分析表明纳米SiO2的添加使断面粗糙度显著增加,形成了密集的塑性空穴,产生了更多的微裂纹,使胶黏剂的韧性大幅度提高.当纳米SiO2质量分数从0增至1wt％,搭接试件破坏模式由界面破坏逐渐变为CFRP板层离破坏.掺入纳米SiO2能显著增加搭接试件的极限承载力(提升256.96％)及界面有效黏结长度(提升3倍),提高CFRP表面的应变及界面剪应力峰值.纳米SiO2质量分数为0与0.5wt％的搭接试件的黏结-滑移曲线为双线性三角形模型,纳米SiO2质量分数为1wt％的搭接试件的黏结-滑移曲线为三线性梯形模型,黏结界面韧性大幅提升.CFRP-钢界面承载能力受胶黏剂拉伸强度与断裂伸长率的双重影响,非线性高强度(即具有较高应变能)胶黏剂对应的CFRP-钢搭接接头具有更好的界面性能.