混合纳米/微米颗粒对交叉铺层碳纤维织物增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

摘要整理

本研究采用真空辅助树脂注入成型（VARIM）工艺制备了石墨烯纳米片和飞灰微颗粒增强水泥基碳纤维增强复合材料（CFRP），系统研究了其弯曲强度、压缩强度和冲击能吸收性能。复合材料结构由交叉铺层碳纤维增强环氧树脂基体和固定比例的填料组成：石墨烯纳米片（2%）、飞灰（2%）、二氧化硅（2%）、水泥（2%）和砂（4%）。由于注入工艺限制，采用手工铺层法制备试样。三点弯曲试验测得石墨烯纳米片（GnP）填充CFRP梁的弯曲强度；低速Izod冲击和Charpy冲击试验测得Charpy冲击能为3.46 J、Izod冲击能为2.5 J，缺口试样的动态断裂韧性分别为Charpy冲击28.5 KJ/m²和Izod冲击25.0 KJ/m²。压缩试验测定了混合颗粒和短玻纤增强环氧树脂复合材料方形和圆形柱体的压缩强度。结果表明，混合纳米/微米颗粒填充纤维复合材料的压缩强度、弯曲强度、Izod冲击能、Charpy冲击能和动态断裂韧性均优于未填充纤维复合材料，这是由于石墨烯纳米颗粒的作用以及纳米和微米颗粒之间的界面结合完美，提高了断裂韧性和冲击能吸收能力。扫描电镜（SEM）分析表明，纳米/微米颗粒能有效阻止裂纹扩展和基体纤维的脱粘。研究结果表明，纳米/微米颗粒填充碳纤维和玻纤增强环氧树脂复合材料相比原始纤维复合材料具有更优异的力学性能，可应用于抗地震波结构。

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