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哈工大黃玉東教授丨先進(jìn)聚合物基復(fù)合材料界面研究
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關(guān)于先進(jìn)聚合物基復(fù)合材料 先進(jìn)聚合物基復(fù)合材料以其高比強(qiáng)、高比模、耐腐蝕、耐輻照、抗疲勞性能好、性能可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、便于整體成形，以及綜合性能優(yōu)異等特點(diǎn)而在航空、航天、兵器、艦船和電子等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。 復(fù)合材料界面 界面作為復(fù)合材料特有的組成部分，對(duì)復(fù)合材料的性能起著重要作用，諸多材料科學(xué)問題的解決都依賴于對(duì)界面認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深化。聚合物基復(fù)合材料界面性能對(duì)復(fù)合材料整體的性能影響大，復(fù)合材料的韌性、耐熱性、壓縮等性能都與界面性能相關(guān)。為改善復(fù)合材料性能，必須了解復(fù)合材料的界面并進(jìn)一步考慮界面性能的設(shè)計(jì)和控制。 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的界面層次 界面是決定復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素，是復(fù)合材料研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)問題。 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)涉及的三個(gè)界面層次：纖維/樹脂微觀界面、復(fù)合材料層間界面、異質(zhì)材料的宏觀界面粘接。 纖維/樹脂微觀界面 纖維樹脂基復(fù)合材料中界面微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)材料的宏觀性能起著關(guān)鍵性作用。盡管界面在纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足1%，但作為增強(qiáng)纖維與基體連接的“紐帶”，對(duì)復(fù)合材料的物理、化學(xué)及力學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響，故往往可以通過宏觀、細(xì)觀或微觀層次上的設(shè)計(jì)，來優(yōu)化復(fù)合材料性能，在這一過程中，關(guān)鍵點(diǎn)是復(fù)合材料內(nèi)部?jī)上嘀g的界面結(jié)合問題。 研究表明，界面對(duì)復(fù)合材料的影響主要通過調(diào)節(jié)界面的組成、結(jié)構(gòu)和分布來實(shí)現(xiàn)。然而，由于復(fù)合材料界面的微觀區(qū)域和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以及實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)手段的限制，纖維在蝕刻處理中產(chǎn)生的表面腐蝕對(duì)界面結(jié)合影響的機(jī)理，還有待研究。因此，對(duì)復(fù)合材料界面調(diào)控和作用機(jī)理表征方法的探索，一直是復(fù)合材料界面研究領(lǐng)域的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。 為了能夠準(zhǔn)確地測(cè)試?yán)w維樹脂間的界面粘結(jié)力，表征纖維與樹脂之間界面剪切應(yīng)力傳遞效率，人們一直試圖找到一種方法能夠真實(shí)全面反映界面性能，以及纖維斷裂、界面脫粘、樹脂橫向斷裂等因素對(duì)界面性能的影響。 復(fù)合材料層間界面 復(fù)合材料壓層結(jié)構(gòu)已經(jīng)在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，層間界面是其主要微結(jié)構(gòu)特征。層間界面的完整性和結(jié)合質(zhì)量將直接反映制造工藝的合理性，影響到復(fù)合材料整體性能和使用壽命。缺陷是影響層間界面完整性的重要因素。對(duì)于層間界面缺陷，目前主要是通過對(duì)固化成形后的復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和抽樣顯微觀察等方法，研究和分析層間界面完整性，了解和掌握復(fù)合材料層間界面特征、均勻性、層間界面結(jié)合質(zhì)量及物理缺陷等。 異質(zhì)材料的宏觀界面粘接 異質(zhì)材料結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工程領(lǐng)域，如雙材料粘接接頭結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料中的纖維/基體結(jié)構(gòu)以及疊層三明治結(jié)構(gòu)等。這類結(jié)構(gòu)由于存在材料及幾何的非連續(xù)性，其強(qiáng)度和可靠性問題異常突出，極大地制約了其使用范圍和使用條件．由于材料的非連續(xù)性，異質(zhì)材料粘接界面端附近容易產(chǎn)生奇異應(yīng)力性，這是引起異質(zhì)材料結(jié)構(gòu)失效的主要原因之一。 為了更好的了解先進(jìn)聚合物基復(fù)合材料的界面性能，2022復(fù)合材料界面論壇邀請(qǐng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)黃玉東教授作為論壇特邀嘉賓，分享《先進(jìn)聚合物基復(fù)合材料界面研究》主題報(bào)告。 內(nèi)容摘要 針對(duì)復(fù)合材料最核心、最重要的界面問題進(jìn)行了系統(tǒng)的理論試驗(yàn)和工程應(yīng)用研究。圍繞復(fù)合材料結(jié)構(gòu)涉及的三個(gè)界面層次（纖維/樹脂微觀界面、復(fù)合材料層間界面、異質(zhì)材料的宏觀界面粘接）開展工作：建立和改進(jìn)了碳纖維復(fù)合材料界面系列表征方法，揭示了碳纖維上漿劑與樹脂相互擴(kuò)散規(guī)律、探明了界面競(jìng)爭(zhēng)吸附對(duì)溶液預(yù)浸的影響機(jī)理，闡明了高溫界面粘接劑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化規(guī)律。攻克了先進(jìn)復(fù)合材料界面領(lǐng)域的多項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)瓶頸：發(fā)明了碳纖維表面上漿劑調(diào)控技術(shù)、溶液預(yù)浸纖維/樹脂界面增效技術(shù)及高溫界面粘接匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。 專家介紹 黃玉東，哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳校區(qū)校長(zhǎng)，國(guó)家高層次人才，光華工程科技獎(jiǎng)和全國(guó)創(chuàng)新爭(zhēng)優(yōu)獎(jiǎng)狀，中國(guó)化工學(xué)會(huì)會(huì)士，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)學(xué)科評(píng)議組成員等，主要從事高分子復(fù)合材料方面的研究工作，包括增強(qiáng)纖維表面改性、復(fù)合材料界面優(yōu)化控制及工程化應(yīng)用。多次在國(guó)際、國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議上做特邀報(bào)告和大會(huì)報(bào)告。研究成果在我國(guó)航空、航天等重要領(lǐng)域獲得應(yīng)用。第一獲獎(jiǎng)人獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)4項(xiàng)。 |
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