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真空辅助树脂传递模塑工艺制备碳纤维增强聚脲复合材料的性能研究:力学、热学及降解性能深度分析

Unveiling Carbon Fiber Reinforced Polyurea Composites Engineered through Vacuum Assisted Resin Transfer Molding: An In-depth Analysis of Mechanical, Thermal, and Degradation Performance

Sheik Ambarine Banon Auckloo, Khanisya Palaniandy, Giuseppe Cavallaro, Giuseppe Lazzara, Yew Mun Hung, Pooria Pasbakhsh · Monash University Malaysia
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期刊 / 来源ACS Applied Engineering Materials
卷/期/页1 / 12 / 3214-3226
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关键词:碳纤维增强复合材料聚脲基体真空辅助树脂传递模塑力学性能界面粘结盐水降解吸能材料海洋应用

摘要整理

碳纤维增强复合材料(CFRP)因其优异的力学强度在海洋、汽车、航空航天和建筑等领域应用日益广泛,逐步替代金属材料。然而,CFRP的脆性导致韧性不足,限制了其结构应用性能。本研究首次采用超弹性聚脲作为基体材料,通过真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺与碳纤维复合。研究表明碳纤维布层数与弯曲载荷、刚度和抗压痕性能呈正相关。8层层板(厚度2.5 mm)在5%弯曲应变下的弯曲强度达237 MPa,弯曲模量为93.4 GPa,硬度为80 HD。聚脲基体表现出优异的应力吸收和重分配能力,在5%弯曲应变范围内防止完全断裂,卸载后层板可恢复原位。场发射扫描电子显微镜分析表明基体-纤维界面粘结强度高,归因于相间机械锁定作用,储能模量达2441 MPa。断裂形貌分析显示层板主要在压缩区发生分层,而2层层板因厚度较小在压缩和拉伸区同时出现裂纹。在5% NaCl溶液中60 °C条件下的降解研究表明,初期28天内弯曲强度增加,源于水分的塑化效应;但在63天时强度开始下降,表明基体与增强纤维的降解和脱粘。本研究为开发具有高韧性、适用于海洋环境的粘弹性CFRP吸能复合材料提供了新思路。

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