多壁碳纳米管与石墨烯纳米片对未裂纹和裂纹环氧树脂复合材料单调及疲劳性能的协同效应

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混合纳米填料体系增强聚合物纳米复合材料的疲劳性能研究鲜有报道。本研究制备了不同多壁碳纳米管（MWCNT）/石墨烯纳米片（GNP）填料比例的环氧树脂纳米复合材料，系统研究了混合纳米填料对纳米复合材料单调和循环力学性能的协同效应。采用未裂纹块体试样通过准静态拉伸试验和疲劳寿命曲线测试获得力学性能数据；利用预裂纹试样研究纳米复合材料的断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率。基于单一填料纳米复合材料的性能，提出了协同指数来评估两种纳米填料的协同效应，该指数被验证为评估混合纳米填料协同效应的高度判别工具。实验结果表明，MWCNT:GNP质量比为1:9的复合材料具有最优的单调和疲劳性能。适量CNTs的加入可防止GNPs的团聚，柔性CNTs可桥接相邻GNPs形成有利的载荷传递网络。研究发现纳米复合材料的静强度与疲劳强度之间存在线性关系。综合实验数据分析和断裂面研究表明，纳米填料的分散性对力学性能影响显著。裂纹偏转效应（由填料团簇引起的路径分叉）和填料桥接效应是主要的增强机制。

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