超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维的表面改性，从疏水性转变为亲水性或亲水性粗糙表面，以增强应变硬化水泥基复合材料（SHCC）中纤维与基体的界面结合性能

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Surface modification of UHMWPE fibers from hydrophobic to hydrophilic and hydrophilic-roughened for enhanced fiber/matrix interfacial bonding in strain-hardening cementitious composites (SHCC)

　　

摘要

本研究探讨了在应变硬化水泥基复合材料（SHCC）中，疏水性、亲水性和亲水性粗糙化纤维的纤维/基体界面粘结机制。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维（P-纤维）通过使用两亲性改性剂包覆技术进行了改性，以提高其亲水性（I-纤维），并进一步涂覆纳米粘土以增加其表面粗糙度（I-NC-纤维）。通过润湿行为、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM–EDX）分析等表面表征方法，验证了这些改性技术的有效性。采用单轴拉伸试验评估了三种类型纤维增强SHCC的力学性能。与P-纤维相比，加入I-纤维和I-NC-纤维后，SHCC的初次开裂抗拉强度分别提高了43.3%和62.2%，极限抗拉强度分别提高了19.1%和50.4%，应变能力分别提高了21%和45.7%。单纤维拔出试验进一步证实了这些结果，表明I-纤维和I-NC-纤维的界面摩擦应力分别提高了17.4%和50.4%，拔出能量分别提高了20.5%和65.2%。SHCC优异的力学性能归因于纤维/基体界面处化学键断裂能、摩擦粘结力和拔出能量的提升。通过微观力学分析，高伪应变硬化指标\({PSH}_{strength}\)和\({PSH}_{energy}\)也确保了含有I-纤维和I-NC-纤维的SHCC在拉伸载荷下的饱和开裂和稳定应变硬化行为。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

本研究探讨了在应变硬化水泥基复合材料（SHCC）中，疏水性、亲水性和亲水性粗糙化纤维的纤维/基体界面粘结机制。超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维（P-纤维）通过使用两亲性改性剂包覆技术进行了改性，以提高其亲水性（I-纤维），并进一步涂覆纳米粘土以增加其表面粗糙度（I-NC-纤维）。通过润湿行为、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM–EDX）分析等表面表征方法，验证了这些改性技术的有效性。采用单轴拉伸试验评估了三种类型纤维增强SHCC的力学性能。与P-纤维相比，加入I-纤维和I-NC-纤维后，SHCC的初次开裂抗拉强度分别提高了43.3%和62.2%，极限抗拉强度分别提高了19.1%和50.4%，应变能力分别提高了21%和45.7%。单纤维拔出试验进一步证实了这些结果，表明I-纤维和I-NC-纤维的界面摩擦应力分别提高了17.4%和50.4%，拔出能量分别提高了20.5%和65.2%。SHCC优异的力学性能归因于纤维/基体界面处化学键断裂能、摩擦粘结力和拔出能量的提升。通过微观力学分析，高伪应变硬化指标\({PSH}_{strength}\)和\({PSH}_{energy}\)也确保了含有I-纤维和I-NC-纤维的SHCC在拉伸载荷下的饱和开裂和稳定应变硬化行为。

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