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纳米纤维织物在热塑性碳纤维复合材料韧性增强中的应用

Nanofiber veil applied in toughness enhancement of thermoplastic carbon fiber composites

Mingjun Shi, Shinya Takahashi, Akiyoshi Takeno, Asami Nakai · Mechanical and Civil Engineering Division, Graduate School of Engineering, Gifu University, Japan
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期刊 / 来源Journal of Thermoplastic Composite Materials
卷/期/页36 / 4 / 1631-1650
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关键词:热塑性碳纤维复合材料纳米纤维织物层间韧性界面粘结电纺纤维断裂机制

摘要整理

本研究以PMMA树脂为基体、聚酰胺电纺纳米纤维织物为增韧层,制备了热塑性碳纤维复合材料(CFRTP),并系统研究了纳米纤维织物对层间韧性的增强效果。通过改变功能单体羟乙基丙烯酰胺(HEAA)的摩尔浓度(0~5 mol%)与甲基丙烯酸甲酯进行共聚,调控树脂与纳米纤维及碳纤维的界面粘结性能,进而影响复合材料的断裂行为和断裂机制。采用Mode-Ⅰ和Mode-Ⅱ层间断裂韧性测试方法评估纳米增韧效果。结果表明:Mode-Ⅰ断裂韧性随HEAA含量增加(0~5 mol%)呈先降后升的趋势,这与裂纹扩展路径改变及桥接机制转变相关;5 mol% HEAA共聚的CFRTP样品性能最优,起始韧性和扩展韧性分别提高17.6%和28%;Mode-Ⅱ加载下,断裂韧性表现为先升后降的特征,这是由于纳米增韧基体层形成多层微裂纹所致,3 mol% HEAA共聚的CFRTP样品表现出良好的改善效果,起始韧性和扩展韧性分别提高137%和147%。研究结果为热塑性复合材料的界面设计和韧性优化提供了参考。

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