多尺度改善UHMWPE纤维环氧树脂复合材料界面性能研究的任务书.docx

多尺度改善UHMWPE纤维环氧树脂复合材料界面性能研究的任务书
任务书
一、题目
多尺度改善UHMWPE纤维环氧树脂复合材料界面性能研究
二、研究背景
纤维增强复合材料（FiberReinforcedComposites，FRCs）是由无机或有机纤维作为增强体，树脂或金属作为基体，构成一种具有不同制品形状，高性能、轻质、高强度、高刚度、高耐热等综合性能的新颖材料。同时，FRCs还具有优良的化学稳定性、阻燃性、磨损性、防腐蚀性、抗紫外线等特性，极大地拓展了其应用领域。
在FRCs中，界面是纤维和基体之间的过渡区。界面的性能对整个FRCs的性能起着重要的作用，如界面与纤维的粘结强度、界面的力学性能、热学性能，会影响复合材料的耐久性。目前，改善FRCs界面性能的研究已经成为纤维增强复合材料研究领域中的一个热点话题。
由于环氧树脂具有优良的加工性能和强化效果，广泛地应用于FRCs中。而UHMWPE纤维具有优异的力学性能和高的热稳定性能，是一种理想的增强体。因此，在FRCs中，UHMWPE纤维和环氧树脂的组合形式也得到广泛的应用。然而，目前仍存在以下问题：
1.FRCs界面有可能出现脱层、开裂、拉断等的失效现象，极大地影响材料的力学性能；
2.由于UHMWPE纤维表面密度大、化学惰性强，因此与环氧树脂的粘结力较弱，影响FRCs的使用效果和寿命。
三、研究目的
本项研究旨在通过多尺度改善UHMWPE纤维和环氧树脂复合材料的界面性能，增强复合材料的力学性能和热学性能，提高复合材料的使用效果和寿命，具体目的包括：
1.研究不同级别的多尺度表面修饰（如化学修饰、物理修饰等）对UHMWPE纤维界面特性的影响；
2.探究界面改性剂对UHMWPE纤维和环氧树脂复合材料界面性能的影响；
3.分析不同级别界面特性对复合材料力学性能（如强度、刚度、断裂韧性等）和热学性能的影响；
4.针对实验数据分析提出相应材料改进策略，优化改进FRCs的性能与界面耐久性。
四、研究方法
1.分析UHMWPE纤维和环氧树脂界面强化剂的种类、作用机理及加工工艺，优化材料界面设计；
2.采用化学修饰、物理修饰和活性剂等方法多尺度地改善UHMWPE纤维表面氧化、活性基的含量和表面能，提高界面粘结强度；
3.通过热力学模量分析等实验方法，评价界面改性剂对界面热学性能的改变；
4.通过力学性能测试（如拉伸试验、弯曲试验等），分析不同级别的界面特性对复合材料力学性能的影响；
5.结合实验数据和理论分析，探究界面特性与复合材料性能的相关性，提出合理的界面设计并优化FRCs性能。
五、预期成果
1.深刻了解UHMWPE纤维和环氧树脂界面强化剂的种类、作用机理及加工工艺，为界面设计提供理论支持；
2.研究不同级别的多尺度表面修饰及界面改性剂对UHMWPE纤维界面特性的改善，了解界面特性改善的深度和共存关系；
3.从理论和实验结果分析复合材料的力学性能和热学性能，为优化FRCs的使用效果和寿命提供有力支持；
4.提出合理、可行的材料改进策略，在保持FRCs主要性能不变的前提下，改善界面耐久性与热稳定性。
六、研究计划
时间节点、任务、预期成果：
时间节点任务描述预期成果
第1-2个月调研资料收集、界面性能理论分析获得FRCs界面特性相关领域的文献、研究材料的施工加工方法并掌握其理论基础
第3-6个月多尺度表面修饰工艺研究，小试单元制备熟练掌握不同级别的多尺度表面修饰及制备单元的过程
第7-9个月界面改性剂筛选及添加量研究、试块制备获取UHMWPE纤维、环氧树脂及改性剂相关工艺细节，制备各种小试块样板
第10-12个月复合材料力学性能测试、测试数据分析和对比分析所得数据，检验不同级别界面特性对力学性能的影响
第13-14个月界面热性能分析、数据处理和可操作化意见的汇总分析界面特性对复合材料热性能的影响，提出合理可行的意见
第15-16个月材料优化策略提出、报告编写和答辩依据实验数据和分析结果，提出优化FRCs性能的策略并完成研究报告
七、参考文献
1.刘熙阳,纪剑超,袁志恒.多尺度界面设计对湿式绕型碳纤维复合材料强度性能的影响[J].材料热处理学报,2018,39(13):139-143.
2.谷俊利,吕德泉,王光明.界面改性技术在纤维增强复合材料中的应用[J].化工进展,2012,31(6):1404-1410.
3.马明,王文,管泓梅,等.界面改性对UHMWPE纤维增强复合材料力学性能的影响[J].工程塑料应用,2018,46(2):17-20.
4.林建宇,汤碧清,陈红萍,等.UHMWPE纤维表面粘结强化技术研究进展[J].塑料,2014,43(6):42-47.
5.孙万林,王云升,杨飞,等.环氧树脂基复合材料在海洋环境下的老化行为[J].材料导报,2013,27(06):76-80.