优化填料分布以增强纤维增强环氧复合材料的层间剪切强度和抗冲击性能

摘要整理

近年来，天然纤维作为增强体和陶瓷颗粒作为填料在聚合物复合材料中的应用引起广泛关注。然而，工艺参数优化不足常导致孔隙、填料分布不均匀、润湿性差和颗粒团聚等缺陷。本研究通过优化填料含量、搅拌时间和纤维层数，采用L27正交阵列将碳化硅(SiC)填料分散在竹纤维增强环氧复合材料中，以改善基体中填料的均匀分布和纤维增强效果。工艺参数包括：SiC填料含量(5%、11%、17%)、搅拌时间(5、10、15 min)和竹纤维层数(2、3、4层)。采用效用分析结合人工神经网络对孔隙率、层间剪切应力(ILSS)和抗冲击强度等响应参数进行分析，以确定最优参数组合。结果表明，当SiC含量为11%、搅拌时间为10 min、竹纤维层数为4层时，复合材料的抗冲击强度提高62.3%，层间剪切强度提高60.9%，孔隙率降至1.19%。层间剪切应力从12 MPa大幅提升至18 MPa，搅拌10 min后孔隙率显著降低2.5%。在相互作用区域观察到纤维拉伸现象。研究结果强调了精确控制工艺参数对优化填料分布、制备具有优异力学性能和缺陷少的高性能复合材料的重要性。

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