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关键词： 纤维增强水泥基材料   纤维定向   混杂效应   微观力学模型  

摘要： 钢纤维增强技术使混凝土克服了脆性大、抗拉强度不足的缺点,很好满足了工程领域以超长跨距、超长距离、超大体积、超高层为典型特征的现代混凝土结构要求。但钢纤维高昂的造价以及高纤维掺量下对混凝土工作性的负面影响导致钢纤维增强技术存在成本居高不下、施工困难等问题。因此,提高纤维利用效率,调和性能、工作性与成本三者之间矛盾关系无疑是纤维增强技术推广和大规模应用过程中亟需解决的瓶颈问题。本文以钢纤维混杂与纤维定向增强两种手段提升钢纤维在水泥基材料中的增强效率,实现混杂钢纤维定向增强水泥基材料（Hybrid aligned steel fiber-reinforced cementitious materials,HASFRCM）的制备,并采用图像分析技术评估其纤维分布特征及取向程度。通过纤维拔出、三点弯曲和轴向拉伸试验研究其力学性能,明确HASFRCM的力学行为特征与增强增韧机理,并建立HASFRCM微观力学模型。主要的研究内容和研究结果如下: （1）选取普通平直钢纤维（CoarseSF）与微细钢纤维（FineSF）为增强相,设置三种不同纤维掺量（0.8%、1.2%、1.6%）和五种不同混杂比例（3:1、2:1、1:1、1:2、1:3）,采用磁场定向技术制备HASFRCM。通过截面图像分析可知基体中钢纤维均匀分散程度较好,纤维分散系数α整体处于0.46-0.72。HASFRCM的纤维取向系数ηθ处于0.75-0.9,比纤维随机分布提升了17.6%-35.0%。 （2）通过纤维拔出试验研究了CoarseSF和FineSF的纤维-基体界面粘结性能。CoarseSF拥有更高的界面粘结强度,滑移阶段界面剪切应力损失更小,而FineSF的纤维利用效率更高。纤维-基体界面粘结强度随着埋入角度的增大呈现先增大后减小的趋势,纤维倾角在30°至45°左右可以获得最大的峰值荷载和拔出能,当埋置角度超过60°时,峰值荷载和拔出能会大幅降低。 （3）采用三点弯曲试验和轴向拉伸试验研究HASFRCM宏观力学性能,结果表明混杂比例为VCoarseSF:VFineSF=2:1的HASFRCM弯曲及拉伸性能最优。在不同纤维掺量下,相较于单掺CoarseSF的纤维随机分布试件,其初裂弯拉强度提高了24.0%-72.1%,极限弯拉强度提升了51.5%-110.5%,抗拉强度提升了50.4%-72.3%,拉伸过程中的能量吸收能力提升了44.3%-112.4%。 （4）综合利用微观力学、复合材料力学和统计学理论,通过对单纤维拔出荷载-位移关系、单裂缝拉伸应力-位移关系、弯曲荷载-挠度关系以及混杂协同效应定量分析,建立了HASFRCM的拉伸及弯曲力学模型,模型与实测数据变异系数控制在15%以内,研究成果可为HASFRCM力学性能的设计调控提供一定理论基础。

关键词： 环氧树脂   协同增韧   复合材料   力学性能   增韧机理  

摘要： 纤维增强树脂基复合材料（FRP）以其高比强度、高比模量和轻质特性,在航空航天、汽车制造、建筑等多个领域中得到了广泛应用。然而,在固化过程中,FRP的树脂基体由于形成高交联密度而导致内应力增加,使得基体与纤维的界面结合较弱,容易发生脆性断裂,进而影响其抗冲击性能。因此,本研究旨在通过改性树脂基体以提高其模量和韧性,增强基体与纤维之间的界面粘结性,从而提升复合材料的力学性能和抗冲击性,以满足更高性能的应用需求。改性树脂基体的关键在于提高树脂基体韧性的同时保持其模量和耐热性,本研究采用端羧基丁腈橡胶（CTBN）和纳米二氧化铈（n-Ce O2）协同增韧环氧树脂,首先探究改性后树脂基体的力学性能及耐热性,然后以改性后的环氧树脂与纤维布结合制备碳纤维和玻璃纤维复合材料,最后分别对两种复合材料的冲击、拉伸、弯曲和压缩力学性能进行测定与分析。研究结果为制备高性能的FRP提供了新的思路和方法。本文的研究内容主要包括以下几个方面: （1）选用双酚A型环氧树脂、酸酐类固化剂Me HHPA和促进剂DMP30构建基础树脂体系,对其流变特性、凝胶时间和固化过程进行测试,确定了树脂注入纤维温度为70°C,树脂体系的消泡温度为80°C和固化温度为110°C。 （2）设计一个三因素三水平正交实验,确定添加20 wt.%CTBN、1 wt.%n-Ce O2所制备树脂固化物的力学性能（冲击强度达23.36 KJ/m2、弯曲强度达184.84 MPa、拉伸强度达75.8 MPa）最优,相较于纯环氧树脂分别提高了462%、418%和286%。 （3）通过热重分析、红外光谱和扫描电镜等微观表征,探讨CTBN和n-Ce O2对环氧树脂固化后性能的影响。增韧剂的加入降低了树脂体系的活化能,加快固化反应速率,同时n-Ce O2的加入提高了树脂体系的交联密度和最大失重温度,显著增强了树脂固化物的热稳定性。并且,增韧剂的加入改变了树脂固化物的断裂模式,由原先的脆性断裂转变为韧性断裂,有效提升了材料的断裂韧性。 （4）通过真空辅助注入成型（VARTM）工艺制备了四种不同树脂基体的碳纤维增强复合材料（CFRP）,并对其进行了包括弯曲、压缩、拉伸、低速冲击和冲击后压缩等一系列力学性能测试。研究表明,采用双增韧改性CFRP在力学性能上显著优于单一因素改性基体的复合材料。与纯树脂基复合材料相比,双增韧改性的CFRP在弯曲、压缩和拉伸强度方面的提升分别为22%、78%和32%,模量的提升分别为63%、71%和76%。在相同冲击能量下,双增韧改性基体的CFRP能承受更大的冲击载荷且损伤程度更低,冲击后压缩的压溃极值提高了53%。此外,CTBN和n-Ce O2的加入不仅提高了树脂基体的模量和韧性,改善了纤维与树脂间的界面性能,提高了载荷传递效率,有效防止了基体开裂和纤维分层等损伤,显著提升了复合材料的力学性能和抗冲击性。 （5）采用玻璃纤维为增强体,制备不同树脂基体的玻璃纤维复合材料（GFRP）。通过对复合材料进行力学性能和抗冲击性测试,并结合微观表征分析,本研究探讨了改性树脂基体对GFRP性能的影响及增韧机理和复合材料的失效模式。结果表明,树脂改性后制备的GFRP在弯曲、压缩和拉伸强度与未改性时相比分别提高了65%、76%和58%,模量分别增加了39%、32%和70%。CTBN和n-Ce O2的加入改变了复合材料的损伤模式,使之从界面粘接破坏转变为基体韧性破坏。当裂纹在层间基体中扩展时,两种颗粒的空化和基体的塑性变形共同作用,有效阻碍了裂纹的扩展,提高了复合材料的力学性能。在相同冲击能量作用下,双增韧改性基体的GFRP展现出较低的能量吸收率和卓越的压缩性能,冲击后压缩的压溃极值提高了38%。此外,改性基体在承受冲击载荷时产生塑性变形,有效地抵抗冲击力,减少损伤扩展,显著提高了材料的抗冲击性能。

关键词： 废弃混凝土   蒸压硅酸盐材料   硅质原料   钙硅比   蒸压压力   蒸压时间  

摘要： 蒸压硅酸盐材料是由钙质原料和硅质原料经高温水热反应制备而成,广泛应用于墙体材料和保温材料等领域,具有轻质高强、保温隔热、抗震耐久等优点。近年来,随着我国石灰石储备量急剧减少、环保政策约束砂石资源开采,越来越多固废类钙硅原料被应用于蒸压硅酸盐材料的生产。废弃混凝土是我国第一大城市垃圾源建筑垃圾的主力军,其中蕴含着丰富的钙质资源和硅质资源,理论上可全组分用于制备废弃混凝土蒸压硅酸盐材料（WCASM）,对实现其大宗消纳和高值利用、推动“无废城市”建设具有重要意义。WCASM配料需补充硅质原料,而蒸压硅酸盐材料工业生产中多采用富硅类固废,原料来源广、成分复杂且不稳定,给WCASM设计与制备带来极大的不确定性,影响其工业化生产应用。本论文以不同种类富硅类固废为补充硅质原料,研究其对WCASM力学性能的影响,为固废基蒸压硅酸盐材料的配料设计、制备与性能调控提供理论依据。 本论文研究内容主要包括三个方面:首先,研究石英砂和不同富硅类固废（硅灰、废砖、粉煤灰、煤矸石）的特性;进一步,以分析纯Ca（OH）2和CaCO3混合模拟废弃混凝土中有效钙质组分,配合不同硅质原料制备蒸压试件,以抗压强度和结合水量为表征指标,研究不同硅质原料的水热活性;在此基础上,以煅烧废弃混凝土为主要原料、补充不同硅质原料制备WCASM,研究不同钙硅比和蒸压制度下WCASM的抗压强度,结合微观测试分析不同硅质原料的影响,优选适宜的工艺参数。 论文主要结论为: （1）水固比对分析纯钙质原料—补充硅质原料体系蒸压试件抗压强度影响显著。在原材料、钙硅比、蒸压制度相同的情况下,试件强度随着水固比增大先提高后降低。本论文实验条件下,确定不同硅质原料组的最佳水固比为0.18。 （2）蒸压试件抗压强度不仅与硅质原料中SiO2含量有关,而且与SiO2的存在形式有关。活性硅源中SiO2的溶出速度快,溶解度高,参与反应程度高,反应所需CaO更多,适当提高钙硅比有利于强度发展;粉煤灰中Al3+的存在可能会导致蒸压体系中产生大量的水石榴石,造成试件抗压强度下降;非活性硅源中的SiO2以结晶态形式存在,活性低,可以通过机械研磨或煅烧激发其水热活性。 （3）钙硅比不同,硅质原料蒸压反应活性不同。采用结合水量和蒸压试件抗压强度来表征硅质原料的水热活性,钙硅比为0.7时,硅质原料的水热活性从高到低依次为废砖>硅灰>煅烧煤矸石>未煅烧煤矸石>粉煤灰>石英砂;钙硅比为0.9和1.1时,硅灰>废砖>石英砂>煅烧煤矸石>粉煤灰>煤矸石。 （4）在蒸压制度相同的条件下,WCASM的抗压强度随着钙硅比的增大呈下降趋势。在钙硅比相同的条件下,提高蒸压压力或延长蒸压时间均有利于水热产物C-S-H凝胶向结晶度更高的托贝莫来石和硬硅钙石转变。 （5）保持蒸压时间不变,钙硅比为0.7时,随着在蒸压压力增大,试件抗压强度先增大后降低;钙硅比为0.9时,石英砂组、硅灰组、粉煤灰组和废砖组试件抗压强度呈先增大后降低的趋势,煤矸石组在蒸压压力达到1MPa之后强度变化并不明显;钙硅比为1.1时,石英砂组、硅灰组和粉煤灰组抗压强度先增大后降低,废砖组和煤矸石组抗压强度呈上升趋势。保持蒸压压力不变,钙硅比为0.7时,随蒸压时间延长,试件抗压强度先增大后降低,其中石英砂变化最为明显;钙硅比为0.9时,煤矸石组抗压强度呈上升趋势,其它组先增大后降低;钙硅比为1.1时,煤矸石组和石英砂组抗压强度呈上升趋势,硅灰组、粉煤灰组和废砖组先增大后降低。 （6）单一水热产物并不能使蒸压试件获得最大强度,由C-S-H凝胶、托贝莫来石和硬硅钙石等微观结构各不相同的多种水热产物共同填充材料内部,才能使蒸压试件结构密实,从而提高其强度。

关键词： 回火形变   力学性能预测   机器学习   随机森林   遗传算法  

摘要： 回火形变工艺是本世纪初提出的一种可以提高钢铁材料低温冲击韧性,满足新型高性能结构材料发展趋势的加工工艺,目前仍处于实验室研发阶段。为了加快工艺理论向实际应用转化的进程,解决传统新材料、新工艺开发过程中试验费用昂贵、耗时长、资源消耗大,理论计算模型复杂、预测精度不高等问题,本论文基于机器学习算法建立了钢铁材料回火形变后力学性能预测模型并开发力学性能预测程序,通过不同温度冲击实验对程序预测结果进行了验证。课题主要工作在于: (1)分析各种合金元素含量变化与材料回火形变后力学性能的相关性。结果显示,各种合金元素含量对材料力学性能的影响规律与传统认识不尽相同,与形变前淬火温度、回火形变量及回火形变温度等工艺参数一样需要分别作为独立参数参与模型运算。 (2)采用随机森林(RF)、神经网络(ANN)、K近邻(KNN)和支持向量回归(SVR)算法构建算法模型并用于材料回火形变后的力学性能预测。结果显示,随机森林算法在钢铁材料回火形变后力学性能的预测中准确性高于其他常用的材料力学性能预测的机器学习算法。采用遗传算法进行参数优化,可以进一步提高随机森林算法模型的准确性。 (3)利用随机森林算法模型开发力学性能预测程序,分析回火形变后60Cr钢冲击韧性随温度变化曲线,并通过实验验证。结果显示,实验结果与模型预测结果相符,验证了本模型能够有效准确的预测钢铁材料回火形变后的力学性能,可以快捷、简便、低成本的为新型高低温韧性结构材料的开发指导方向。 (4)采用钢铁材料回火形变后力学性能预测程序预测合金元素对回火形变后合金冲击韧性的影响规律,并通过实验验证。结果显示,各元素对钢铁材料回火形变后力学性能的影响规律与元素对回火形变中超细纤维晶形成的影响规律相关。

关键词： 材料力学   线上线下混合式教学  

摘要： 随着高等教育改革的深入推进，高校课程教学不再局限于线下，而是根据学生的学习需求和课程的授课实际开展线上线下混合式教学，教师线下授课答疑解惑，引领学生学习基础知识，学生线上学习网课资源，深度掌握知识内核。线上线下教学相混合，以多媒体、网络等资源为辅助，助力高校专业教育的发展。在创新教学理念的基础上，对材料力学课程线上线下混合式教学模式的应用展开探讨，让学生深入体会线上线下混合式教学的价值，不断提升自身的学习能力。

关键词： 磷石膏基α型高强石膏   发泡材料   纤维   力学性能  

摘要： 以磷石膏基α型高强石膏为原料，采用自制磷石膏专用发泡剂物理发泡，分别使用不同类型、规格、用量的纤维以改善磷石膏基α型高强石膏发泡材料的力学性能。研究表明，12 mm的聚酯纤维用量0.4%，先在水中充分分散，再加入预混0.01%蛋白类混凝剂的α高强石膏，控制泡沫加入量，制成干密度为（340±10） kg/m3的α型高强石膏发泡材料，可使发泡材料的抗折强度显著提升。

关键词： 脱硫石膏基复合胶凝材料   力学及耐久性能   工业固废   作用机理   性能优化   响应面法  

摘要： 作为一种电厂脱硫的副产物,脱硫石膏在世界各地有着广泛分布,在堆存过程中存在着占据大量土地,污染环境等严峻问题。将其应用于建筑材料领域不仅可以解决上述问题,还能研发出新型的绿色节能材料。由于脱硫石膏本身不具备胶凝性,无法提供强度,通常在石膏中添加掺合料以激发并改性脱硫石膏。然而,目前的研究中存在着掺合料选取单一且不够科学严谨、性能改善方面较为局限、分析与优化手段不尽合理等重要问题。为此,本文为探究不同因素对脱硫石膏基复合胶凝材料(Desulphurisation Gypsum-based Composites,DGCs)综合性能的影响,以不同的掺合料、水膏比和原状脱硫石膏与半水脱硫石膏比例为研究变量,设计了一系列单因素与响应面试验。主要开展了如下研究: (1)为探究不同掺合料对DGCs性能的影响,开展单因素试验研究,借助电镜扫描(SEM)获得内部结构的孔隙形态与微观形貌,揭示作用机理,并建立复合材料力学与保温性能的对应关系。结果表明:合理的掺合料掺量可提高DGCs的力学强度、耐水性能与保温隔热性能;不同掺合料对DGCs性能的影响程度排序为:硅灰>矿粉>粉煤灰;经SPSS回归分析发现不同掺合料作用下复合材料的抗压强度与导热系数皆呈线性负相关,并建立回归模型,可用于掺合料的强度与导热系数的预测及优化分析。 (2)对DGCs的水膏比以及原状脱硫石膏与半水脱硫石膏的比例进行调控,进一步优化基体配合比,探究多元胶凝体系对DGCs综合性能的影响,分析不同因素的变化对DGCs的影响规律。并对掺合料进行组合搭配,以分析不同掺合料互掺的相互作用对复合材料的影响机制,与单掺试验形成对比,从而找到掺合料的最佳配比。对于保温性能,硅灰+粉煤灰表现出更低的导热系数;对于干湿循环耐久性,矿粉+粉煤灰有着最低的溶蚀率与最高的抗压强度系数,表现出较优的耐久性能。 (3)为了讨论不同因素间的交互作用对DGCs的影响,基于上述试验结果的范围,构建了一个包含三个因素和三个水平的响应面试验,探究水膏比、石膏比例、硅灰掺量三因素及其两两交互作用对DGCs综合性能的影响,并实现对DGCs的多目标优化。结果表明,水膏比对复合材料综合性能的影响最为显著。对配合比寻优可得,在水膏比0.232、原状/半水脱硫石膏比例3.996、硅灰掺量29.794%的最优条件下,DGCs抗折强度、抗压强度、导热系数、吸水率、孔隙率、抗压软化系数、干湿循环与冻融循环强度系数分别是7.610MPa、26.850 MPa、0.249W/(m·K)、5.232%、9.390%、0.837、1.091、1.017。试验值与模型预测值相对误差均小于5%,表明Box-Behnken RSM优化模型精确度高、可靠性强、拟合效果优,可用于DGCs的性能调控与多目标优化。

关键词： 碳纤维   黄麻   纤维表面改性   力学性能   碳纤维/黄麻混杂增强复合材料  

摘要： 碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强和耐腐蚀等优异特性,被广泛应用于土木工程。然而,碳纤维在生产合成过程中需消耗大量能源,并产生大量二氧化碳等污染物。如何实现更加可持续的纤维复合材料制备,成为亟待攻克的问题。其中一种解决方案是将合成的纤维替换为天然植物纤维。天然纤维复合材料大规模应用于建筑、汽车等工业有利于减少碳排放,国内外也开展了针对不同种类天然植物纤维复合材料制备、性能与工程应用研究,特别是大麻、亚麻、剑麻和黄麻等。其中,黄麻因其良好的力学性能和易加工性能而倍受关注。需要指出,天然植物纤维具有各向异性,且对湿度和温度高敏感性,这阻碍了黄麻纤维复合材料的应用。 本文提出了黄麻纤维碱处理以及与碳纤维混杂两种提升黄麻纤维增强复合材料性能的方法,并进一步研究了环氧树脂基体、碳纤维复材及碳纤维/黄麻混杂复合材料的耐久性能,研究将促进黄麻复合材料的工程应用本文的主要研究内容与结论如下: 研究了不同表面改性方法对黄麻纤维复合材料力学性能的影响。黄麻纤维经过不同浓度(2.5%和5%)的碱(Na OH)溶液以及碱和硅烷组合溶液的处理。对未经改性和改性后的黄麻纤维复合材料进行了弯曲性能测试、层间剪切性能测试、动态热力学分析(DMA)和扫描电子显微镜分析(SEM)。试验结果表明黄麻纤维复合材料的力学性能提高。经过5%碱溶液处理的黄麻纤维复合材料的力学性能优于经过2.5%碱溶液处理的黄麻纤维复合材料。而经过碱和硅烷组合溶液处理的黄麻纤维复合材料的力学性能优于仅经过碱溶液处理的黄麻纤维复合材料。与未处理的黄麻纤维复合材料相比,使用硅烷和碱组合处理的黄麻纤维复合材料的层间剪切强度提高了17.84%。 制备了四种混杂纤维复合材料层压板,每种板材由五层不同铺层顺序的黄麻和碳纤维制成,同时还制备了两种不含混杂层的板材,分别由黄麻和碳纤维制成。通过拉伸性能试验和弯曲性能试验分别研究了碳/黄麻纤维混杂比例和铺层顺序对复合材料力学性能的影响。此外,采用SEM分析了碳/黄麻纤维混杂复合材料的破坏机理。试验结果表明,向黄麻纤维复合材料层压板中添加碳纤维层能提高层压板的整体力学性能。碳/黄麻纤维混杂复合材料层压板的铺层方式明显影响其弯曲性能,而对拉伸性能的影响相对较小。 对水下固化环氧树脂(Tw)的水吸收和扩散行为进行了研究。研究了20℃、40℃和60℃下蒸馏水和海水浸泡对树脂的粘弹性、力学性能和水扩散行为的影响。结果显示,Tw树脂的水吸收和扩散行为符合菲克定律。此外较高的浸泡温度使得树脂的饱和平衡吸水率下降。动态热力学分析结果表明,在不同温度蒸馏水环境下浸泡后,树脂的热力学性能下降,表现为损耗因子值的降低。这是因为树脂材料中高分子链段的移动性增加。 研究了在20℃、40℃和60℃蒸馏水和海水浸泡对基于水下固化Tw制备的水下固化CFRP板长期性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和SEM分析水下固化CFRP的老化机理。最后,采用阿伦尼乌斯理论预测了水下固化CFRP板的长期力学性能。研究结果显示,浸泡在海水中的复合材料的层间剪切强度随着浸泡时间和温度的增加而下降。浸泡温度越高,水分子在水下固化CFRP板中的扩散速度越快,导致纤维与树脂粘结强度的退化更严重。退化机理为环氧基体的水解和水分子的塑化作用。水/海水浸泡下对水下固化CFRP板的拉伸性能影响不大,这是因为拉伸性能主要依赖于拉伸方向的纤维性能。例如,在20℃、40℃和60℃海水中浸泡一年后,CFRP板材的拉伸强度保留率分别为96.68%,89.08%和81.89%,而拉伸模量保留率分别为97.00%、95.81%和92.56%。 研究了碳纤维体积分数和层叠方式对潮湿和高温环境下碳/黄麻纤维混杂复合材料的水吸收、粘弹性和长期力学性能的影响。研究表明,碳/黄麻纤维混杂复合材料的水吸收过程符合两阶段吸水模型。碳纤维含量越高,碳/黄麻纤维混杂复合材料的饱和平衡吸水率越低。碳纤维和黄麻纤维湿胀系数的显著差异导致碳纤维和黄麻纤维的界面对水分子扩散速率的影响更大。水分子的塑化作用导致碳/黄麻纤维混杂复合材料的拉伸模量、弯曲模量和玻璃化转变温度显著降低。

关键词： 碳纤维   等离子体改性   力学性能   微观形貌   数值仿真  

摘要： 碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料是一种广泛应用于航空航天、汽车、船舶等行业的高性能材料。然而,碳纤维表面光滑性、极性基团缺乏和低化学活性,导致其与环氧树脂结合力不足,易发生脱粘,限制了复合材料的性能发挥。因此,改善碳纤维表面特性以增强与树脂的结合力,成为提高复合材料整体性能的关键。近年来,等离子体表面改性技术因其短暂作用时间、环保特性,以及仅改变表层而不影响基体内部性能的优势,备受研究者青睐。 本文采用低温射流等离子体处理装置,研究低温射流等离子体改性预处理对CF/EP复合材料界面和力学性能的影响。通过设置不同的处理速率(25 mm/s、50mm/s、100 mm/s、200 mm/s)对碳纤维进行处理,并将未处理的碳纤维作为对照组,进行后续实验。研究结果如下: (1)通过比较不同改性速率下碳纤维的表面形貌和元素组成,发现50 mm/s的改性速率最有效。此改性不仅使碳纤维表面更加清洁,还增加了表面的粗糙度;同时还将碳元素含量从75.51%降至73.27%,氧元素含量从24.49%升至26.73%,新增的-C=O官能团显著改善了浸润性。本研究同时利用韦布尔分布对碳纤维单丝的纵向拉伸强度进行了统计分析,并通过复丝拉伸实验来增强研究假设的可靠性,结果表明单丝拉伸强度的变化不显著,而在25 mm/s的改性速率下,碳纤维的拉伸强度略有下降;当处理速率达到50 mm/s时,复丝拉伸强度相比其他改性速率最高,约3094.60 MPa,与未改性的碳纤维复合材料相比提高45.91%。 (2)在50 mm/s的预处理速率下,对CF/EP复合材料进行评估表明,其界面和力学性能显著提升。层间剪切强度(ILSS)和界面剪切强度(IFSS)分别达到53.59 MPa和77.37 MPa,较未处理样本分别提高94.42%和80.89%;同样,弯曲强度和模量分别提升至522.28 MPa和33.22 GPa,增幅为19.23%和50.38%;拉伸性能亦显著增强,强度和模量分别达到610.62 MPa和27.94 GPa,增加了40.35%和38.59%。 (3)通过SEM等技术观察预处理速率为50 mm/s下的CF/EP复合材料弯曲断面形貌,发现碳纤维与树脂基体间空隙最小,粘附性最高。这一特性使界面在受力时能有效转移负载,增加纤维从基体拉出所需的能量,从而显著提升材料的弯曲性能。数值仿真显示,当预处理速率为25 mm/s时,拉伸强度和弯曲强度有所下降,但是仍在容许范围内。综合考虑等离子体改性对碳纤维的影响,预处理改性后的CF/EP复合材料力学性能的增强是多种因素共同作用的结果。