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FRP材料被广泛的应用于各个工程领域时,常面临较恶劣的自然环境,且需要具备较长的使用年限,因此实际工程对FRP材料的耐久性能提出了较高的要求。水对纤维/树脂界面的弱化作用是研究FRP材料耐久性的关键问题,也是难点问题。纤维/树脂界面结构较为复杂,具有不均匀性、各向异性的特点。纤维与树脂的相互作用机制涉及到元素扩散,分子缠绕,机械咬合,静电引力,化学成键等,难以通过传统理论以及实验明确水对FRP界面的退化作用机理。本文利用分子动力学方法研究水对碳纤维与环氧树脂界面粘结性能的影响规律及机制。主要结果和结论如下1、从纳米尺度建立起碳纤维/环氧树脂界面的计算模型,获得了在干燥以及水渗透环境下,环氧树脂在碳纤维表面平衡状态下的分子构型。揭示了在分子间力的作用下,水分子在碳纤维/环氧树脂间隙处密集,与环氧树脂分子相互作用,促使其部分链段脱离碳纤维表面,弱化了碳纤维/环氧树脂界面的粘结。2、建立了水对碳纤维/环氧树脂界面弱化作用的定量关系,利用Metadynamics增强取样方法,模拟环氧树脂从碳纤维界面脱粘的过程,统计得到界面的自由能曲面。研究表明,在饱和水渗透环境下,碳纤维/环氧树脂界面表面自由能相比在干燥环境作用下降低58%。通过与国内碳纤维/环氧树脂在不同水浸泡条件下的微脱粘试验数据对比,基于分子动力学方法的模拟结果与实际试验结果吻合良好。3、研究了分子间库仑以及范德华作用对水环境下碳纤维/环氧树脂界面退化的影响以揭示水分子对碳纤维/环氧树脂界面的作用机制。结果表明,水分子与环氧树脂分子间的范德华力会限制环氧树脂分子链段的运动,阻碍环氧树脂从碳纤维表面发生脱粘。在库仑力的作用下,水分子与环氧树脂分子间形成氢键,促使环氧树脂脱离碳纤维表面,水分子进入到环氧树脂以及碳纤维表面的空隙中,同时通过分子间作用力进一步扩大界面间环氧树脂与碳纤维分子间的空隙,降低了界面的粘结。水分子与环氧树脂间的库仑力对降低碳纤维/环氧树脂界面的粘结力起到了决定性作用。