分层是传统铺层复合材料主要损伤形式之一,为了克服这一缺陷,三维正交机织物作为一种新型增强体应运而生,织物中经纱与纬纱互相垂直,平铺于各自平面内,Z纱沿厚度方向捆绑纬纱,使得层与层之间的纱线形成一个整体,且Z纱与经纱互相平行,增强了经纱方向的力学性能。由三维正交机织物做增强体的复合材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀性能好、可设计性强的优点,同时还具有整体性好、抗分层能力强的优点。由于三维正交机织复合材料的结构稳定性和可靠性,该材料被应用于弹道防护、海洋结构、风能、飞机结构和土木工程等领域。在三维正交玻纤机织复合材料中,玻纤与树脂分属于无机物与有机物,二者界面结合性较差,为此需要改性玻纤织物表面,以提高复合材料界面性能。三维正交玻纤机织物的改性包括表面热处理与硅烷偶联剂处理两种。首先,通过表面热处理去除织物表面浸润剂,以促进硅烷偶联剂与纤维表面基团反应,通过织物表面浸润剂去除率及纤维断裂强度确定表面热处理的温度与时间;以试样沿90°方向的弯曲强度为目标值,结合曲线拟合与实验测试确定最优偶联剂质量分数。其次,对比改性前后试样的弯曲强度与模量,分析改性处理对复合材料准静态弯曲性能的影响。最后,基于界面改性机理、红外光谱、扫描电镜三种方法分析改性效果。应用声发射技术与高清显微镜观察技术研究改性前后复合材料试样准静态弯曲损伤过程及临界载荷水平,结果表明裂纹扩展规律及裂纹损伤累积分五个阶段:损伤萌生、损伤增长、破坏性损伤萌生、破坏性损伤增长、试样失效。基于单层与三层复合材料试样弯曲过程的声发射参数分布情况及载荷-时间变化曲线,对比改性前后试样各个损伤阶段所对应的载荷水平;确定三层复合材料试样沿0°与90°方向准静态弯曲实验时的临界载荷水平。基于临界载荷水平确定试样的最小与最大应力水平,实验测试三层复合材料试样在不同应力水平下的弯曲疲劳性能,基于改性前后试样的疲劳寿命曲线、应力-应变曲线、刚度变化曲线及剩余强度退化率,得到了改性处理对材料弯曲疲劳性能的影响。采用高清显微镜观察试样在不同循环次数下的损伤情况,得到了改性前后三层复合材料试样的弯曲疲劳裂纹扩展规律。本课题研究成果首先为玻纤改性处理工艺参数优化选择、材料改性机理分析提供了依据。其次,声发射技术实时监测改性前后试样的准静态弯曲实验为复合材料力学性能的无损探测提供了依据,为设置弯曲疲劳实验的应力水平提供了科学手段。最后,改性前后复合材料弯曲疲劳特性及疲劳裂纹扩展规律的探索为深入研究复合材料疲劳性能提供了理论指导。