纳米SiO 2 质量分数对胶粘碳纤维增强树脂复合材料板-钢搭接界面黏结性能的影响

胶黏剂力学性能对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢结构的界面黏结性能影响显著。基于研制的胶黏剂配比，分析了不同纳米SiO2质量分数对胶黏剂常温固化后基本力学性能及微观结构的影响，制作了31个CFRP板-钢板双搭接试件，对其进行了常温固化后的承载能力、有效黏结长度、传力模式、黏结-滑移本构等试验研究，得出了纳米SiO2质量分数对CFRP板-钢板搭接试件界面黏结性能的影响规律，并与常用商品胶黏剂进行了比较。研究结果表明：随纳米SiO2质量分数的增加，胶黏剂应力-应变关系由线性转变为非线性，应变能、断裂伸长率及剪切强度分别最高提升了292.10%、202.88%和133.12%。微观结构分析表明纳米SiO2的添加使断面粗糙度显著增加，形成了密集的塑性空穴，产生了更多的微裂纹，使胶黏剂的韧性大幅度提高。当纳米SiO2质量分数从0增至1wt%，搭接试件破坏模式由界面破坏逐渐变为CFRP板层离破坏。掺入纳米SiO2能显著增加搭接试件的极限承载力(提升256.96%)及界面有效黏结长度(提升3倍)，提高CFRP表面的应变及界面剪应力峰值。纳米SiO2质量分数为0与0.5wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为双线性三角形模型，纳米SiO2质量分数为1wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为三线性梯形模型，黏结界面韧性大幅提升。CFRP-钢界面承载能力受胶黏剂拉伸强度与断裂伸长率的双重影响，非线性高强度(即具有较高应变能)胶黏剂对应的CFRP-钢搭接接头具有更好的界面性能。