空心石管纳米管增强海水老化玄武岩/环氧复合材料的断裂抗性

摘要整理

海水老化引起的分层失效是海洋复合材料的关键设计参数。通过纳米增强相改性纤维增强复合材料基体是改善海洋复合材料分层抗性的有效途径。本研究实验研究了空心石管纳米管对人工海水老化玄武岩/环氧复合材料断裂性能的影响。将不同含量的空心石管纳米管引入环氧树脂中，采用真空辅助树脂传递模塑工艺将空心石管纳米管/环氧混合液浸渍到玄武岩织物中。分别评估了空心石管纳米管改性环氧纳米复合材料和玄武岩/环氧复合材料层板的断裂性能。对空心石管纳米管改性环氧纳米复合材料进行单边缺口拉伸试验，当加入2 wt%空心石管纳米管时，平均应力强度因子（K_IC）从1.65 MPa·m^(1/2)提高到2.36 MPa·m^(1/2)，增幅达43%。玄武岩/环氧混杂复合材料的层间剪切强度和I型层间断裂韧性（G_IC）分别从36.1 MPa和1.22 kJ/m²提高到42.9 MPa和1.44 kJ/m²。与未改性玄武岩/环氧复合材料相比，混杂复合材料在海水中浸泡6个月后，层间剪切强度和G_IC值的海水老化性能分别提高了约52%和34%。基于扫描电子显微镜和红外光谱分析，建立了海水老化混杂复合材料的断裂行为模型。

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