碳納米管從碳纖維表面剝離機(jī)制分子模擬研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕等一系列優(yōu)異的能,廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。但由于碳纖維與樹脂基的界面潤(rùn)濕性差,使得其不能有效的傳遞載荷,造成了在使用過程中碳纖維與樹脂基脫粘現(xiàn)象。將碳納米管與碳纖維進(jìn)行化學(xué)連接制備成碳納米管/碳纖維多尺度材料可以有效增加碳纖維與樹脂基的界面潤(rùn)濕性與機(jī)械嚙合作用,大大提高了碳纖維與樹脂基的剪切強(qiáng)度。這類多尺度材料的界面破壞模式主要為碳納米管從樹脂基的拔出破壞和碳納米管與碳纖維之

2、間的剝離破壞。目前為止,對(duì)于碳納米管從基體中的拔出機(jī)制已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)、連續(xù)模型以及分子模擬進(jìn)行了深入研究,然而,碳納米管從碳纖維表面的剝離機(jī)制目前國(guó)內(nèi)外尚處于起步階段。為了進(jìn)一步揭示碳納米管從碳纖維表面剝離機(jī)制,本文運(yùn)用分子模擬的方法對(duì)這一機(jī)制進(jìn)行了深入研究。
　　研究與論證了碳納米管剝離速度以及手性對(duì)剝離行為的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,當(dāng)剝離速度在0.01?/ps-0.10?/ps范圍內(nèi),碳納米管的剝離速度對(duì)整個(gè)剝離行為的影響很小,

3、可以忽略不計(jì)。碳納米管手性的不同對(duì)剝離行為的影響也很小,可以忽略。
　　研究了碳納米管的長(zhǎng)度與直徑的比例系數(shù)對(duì)剝離行為的影響規(guī)律。結(jié)果表明,對(duì)于單壁碳納米管來說,當(dāng)比例系數(shù)小于4.9時(shí)碳納米管呈現(xiàn)剛性性質(zhì),即碳納米管可以被假想成剛性桿直接從纖維表面剝離;當(dāng)比例系數(shù)大于4.9時(shí),碳納米管呈現(xiàn)柔性性質(zhì),即碳納米管可以被假想成柔軟的繩子逐漸地從纖維表面剝離下來。對(duì)于雙壁碳納米管來說,這一臨界比例系數(shù)為5.89,高于單壁碳納米管的臨界比例