二氧化硅纳米粒子填充玻纤增强复合材料管的低速冲击与断裂特性研究

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纳米-微观尺度断裂机制对纤维增强聚合物复合材料的冲击性能和断裂韧性具有重要影响。通过向聚合物基体中填充纳米粒子来控制裂纹扩展行为，进而改善复合材料的冲击特性和断裂韧性已成为当前研究热点。本研究旨在探究向环氧树脂基体中添加SiO₂纳米粒子对玄武岩纤维增强环向缠绕复合材料管低速冲击特性和断裂韧性的影响。采用质量分数4%的SiO₂纳米粒子填充和未填充的±[55]₆环向缠绕玄武岩纤维/环氧树脂复合材料管，在5 J、10 J和15 J三个能级下进行低速冲击试验。结果表明：纳米粒子的添加使最大冲击力提高19%~32%，但由于弯曲刚度增加，位移和吸收能量反而下降。通过Charpy冲击试验对三种不同缺口弧形试样进行冲击断裂韧性测定，SiO₂纳米粒子使断裂韧性提高20%~23%。SiO₂纳米粒子延缓了低速冲击过程中基体基体脱粘和分层等失效的形成，并减少了纤维断裂分支。采用荧光渗透检测技术对所有复合材料管冲击后表面的裂纹形成和扩展进行检测，作为工业应用中的实用检测方法。显微镜和扫描电镜分析结果验证了荧光渗透检测作为无损检测方法的有效性。

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