石墨烯增强亚麻纤维/环氧树脂混杂复合材料的长期吸水性及其对力学性能的影响

摘要整理

天然纤维作为人工纤维的替代品在聚合物复合材料制造中的应用日益增加。由于天然纤维的亲水性特征，其在室外环境中的适用性需要充分验证。本研究调查了含0%、0.5%、1%和1.5%石墨烯（按质量计）的亚麻纤维增强环氧树脂混杂复合材料在水中浸泡1000、2000和3000 h后的吸水行为，并评估了浸水前后的弯曲强度和层间剪切强度（ILSS）。结果表明，石墨烯纳米颗粒改善了复合材料的力学性能。混杂天然纤维复合材料的吸湿过程遵循Fickian扩散规律，而石墨烯的加入显著降低了吸湿量和湿气扩散速率，特别是在含1.5%石墨烯的混杂复合材料中表现最佳。然而，随着浸水时间延长，含石墨烯和不含石墨烯的复合材料的弯曲强度和ILSS均有下降。经3000 h浸水后，含0%、0.5%、1%和1.5%石墨烯的混杂复合材料弯曲强度分别下降32%、11%、17.5%和13.4%。在相同3000 h浸水条件下，含0.5%、1%和1.5%石墨烯的混杂复合材料层间剪切强度相比干态复合材料分别下降13.2%、21%和17.5%。含0.5%石墨烯的试样在弯曲和层间剪切测试中强度降幅最小，这归因于填料在基体中的良好分散性，但其性能仍优于纯亚麻纤维复合材料。扫描电子显微镜观察表明，石墨烯的引入减少了复合材料基体中的孔隙，从而降低了吸湿量和湿气扩散速率。

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