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哈工大黄玉东教授丨先进聚合物基复合材料界面研究
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关于先进聚合物基复合材料 先进聚合物基复合材料以其高比强、高比模、耐腐蚀、耐辐照、抗疲劳性能好、性能可设计性强、便于整体成形，以及综合性能优异等特点而在航空、航天、兵器、舰船和电子等领域获得广泛应用。 复合材料界面 界面作为复合材料特有的组成部分，对复合材料的性能起着重要作用，诸多材料科学问题的解决都依赖于对界面认识的进一步深化。聚合物基复合材料界面性能对复合材料整体的性能影响大，复合材料的韧性、耐热性、压缩等性能都与界面性能相关。为改善复合材料性能，必须了解复合材料的界面并进一步考虑界面性能的设计和控制。 复合材料结构的界面层次 界面是决定复合材料性能的关键因素，是复合材料研究领域的焦点问题。 复合材料结构涉及的三个界面层次：纤维/树脂微观界面、复合材料层间界面、异质材料的宏观界面粘接。 纤维/树脂微观界面 纤维树脂基复合材料中界面微观结构和性质对材料的宏观性能起着关键性作用。尽管界面在纤维增强树脂基复合材料中的质量分数不足1%，但作为增强纤维与基体连接的“纽带”，对复合材料的物理、化学及力学性能有着至关重要的影响，故往往可以通过宏观、细观或微观层次上的设计，来优化复合材料性能，在这一过程中，关键点是复合材料内部两相之间的界面结合问题。 研究表明，界面对复合材料的影响主要通过调节界面的组成、结构和分布来实现。然而，由于复合材料界面的微观区域和复杂结构，以及实验方法和技术手段的限制，纤维在蚀刻处理中产生的表面腐蚀对界面结合影响的机理，还有待研究。因此，对复合材料界面调控和作用机理表征方法的探索，一直是复合材料界面研究领域的难点和热点。 为了能够准确地测试纤维树脂间的界面粘结力，表征纤维与树脂之间界面剪切应力传递效率，人们一直试图找到一种方法能够真实全面反映界面性能，以及纤维断裂、界面脱粘、树脂横向断裂等因素对界面性能的影响。 复合材料层间界面 复合材料压层结构已经在航空航天等工业领域得到广泛应用，层间界面是其主要微结构特征。层间界面的完整性和结合质量将直接反映制造工艺的合理性，影响到复合材料整体性能和使用寿命。缺陷是影响层间界面完整性的重要因素。对于层间界面缺陷，目前主要是通过对固化成形后的复合材料层压结构试样进行力学性能测试和抽样显微观察等方法，研究和分析层间界面完整性，了解和掌握复合材料层间界面特征、均匀性、层间界面结合质量及物理缺陷等。 异质材料的宏观界面粘接 异质材料结构广泛应用于现代工程领域，如双材料粘接接头结构、复合材料中的纤维/基体结构以及叠层三明治结构等。这类结构由于存在材料及几何的非连续性，其强度和可靠性问题异常突出，极大地制约了其使用范围和使用条件．由于材料的非连续性，异质材料粘接界面端附近容易产生奇异应力性，这是引起异质材料结构失效的主要原因之一。 为了更好的了解先进聚合物基复合材料的界面性能，2022复合材料界面论坛邀请哈尔滨工业大学黄玉东教授作为论坛特邀嘉宾，分享《先进聚合物基复合材料界面研究》主题报告。 内容摘要 针对复合材料最核心、最重要的界面问题进行了系统的理论试验和工程应用研究。围绕复合材料结构涉及的三个界面层次（纤维/树脂微观界面、复合材料层间界面、异质材料的宏观界面粘接）开展工作：建立和改进了碳纤维复合材料界面系列表征方法，揭示了碳纤维上浆剂与树脂相互扩散规律、探明了界面竞争吸附对溶液预浸的影响机理，阐明了高温界面粘接剂结构转化规律。攻克了先进复合材料界面领域的多项应用技术瓶颈：发明了碳纤维表面上浆剂调控技术、溶液预浸纤维/树脂界面增效技术及高温界面粘接匹配技术，实现了规模化生产。 专家介绍 黄玉东，哈尔滨工业大学深圳校区校长，国家高层次人才，光华工程科技奖和全国创新争优奖状，中国化工学会会士，国务院学位委员会学科评议组成员等，主要从事高分子复合材料方面的研究工作，包括增强纤维表面改性、复合材料界面优化控制及工程化应用。多次在国际、国内学术会议上做特邀报告和大会报告。研究成果在我国航空、航天等重要领域获得应用。第一获奖人获得国家技术发明二等奖2项、省部级一等奖4项。 |
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