碳纤维增强复合材料层板的分级增强：随机混杂碳纳米管与芳纶浆纤维的多尺度强化

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本研究受人类牙齿结构启发，将不同混合比例的碳纳米管（CNTs）和芳纶浆微/纳米纤维（AP）随机混杂并插层到碳纤维增强复合材料（CFRP）层板中，形成梯度界面以实现分级增强和协同效应。由于CNTs、AP和树脂具有不同的面外可动性和渗透性，在碳纤维层间原位形成了第3和第4阶的仿生梯度界面。弯曲测试结果表明，当CNTs用量为3.6 gsm、AP用量为2.4 gsm时，混杂CNT/AP插层CFRP的弯曲强度提高了47.35%。通过对比分析单独CNT插层和AP插层方法的优缺点，系统研究了混杂CNT/AP插层的协同效应。研究表明，多尺度纤维混杂插层可产生更显著的分级增强和协同效应。基于分级纤维桥接模型，系统揭示了多尺度强化机制的新认识，并分析了多尺度纤维增强CFRP层板的梯度渗透机制。研究发现，更多的纤维桥接作用发生在碳纤维层的亚表面区域。该研究为开发高性能复合材料提供了新的多尺度强化策略。

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