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MXene/碳纳米管改性非织造丝绸织物增强碳纤维复合材料的实时结构监测与层间增强

Real‐Time Structural Monitoring and Effective Interlaminar Reinforcement of Carbon Fiber Composites Hybrid With Surface Modified Non‐Woven Silk Fabric

Houyi Du, Yuxin He, H. C. Song, Liujie Wang, Yujie Dong, Li Zhang, Yuanli Jiang, Hu Liu, Chuntai Liu · Henan University of Science and Technology
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期刊 / 来源Polymer Composites
卷/期/页46 / 16 / 14943-14956
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关键词:碳纤维增强复合材料结构健康监测MXene/碳纳米管改性织物层间增强真空辅助树脂传递模塑应变敏感性层间断裂韧性

摘要整理

碳纤维增强复合材料(CFRP)在航空航天领域应用广泛,需要先进的结构健康监测(SHM)技术确保其完整性和安全运行性能。本研究提出了一种创新的SHM方法,利用纤维混杂增强技术在CFRP复合材料弯曲变形过程中实现实时监测。通过表面微溶解与粘附(SMDA)工艺制备了MXene和碳纳米管改性非织造丝绸织物(MC-nSF),该材料具有优异的应变敏感性,适用于SHM应用。采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺将MC-nSF层战略性地嵌入CFRP复合材料中,以评估其层间性能和响应能力。在损伤前,含MC-nSF层的CFRP复合材料在层间剪切(ILS)测试中的电阻变化率(ΔR/R₀%)显著增加10.95%,在端部缺口弯曲(ENF)测试中增加5.17%。通过分析ΔR/R₀%的变化趋势,可精确识别裂纹起始,有效监测裂纹扩展过程。此外,MC-nSF层的集成显著改善了CFRP复合材料的层间性能,层间剪切强度和第II型层间断裂韧性分别提高了7%和54%。该研究突出了混杂增强在推进CFRP复合材料SHM能力中的潜力,为开发更安全可靠的结构奠定基础。

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