纳硅石修饰多壁碳纳管增强玻纤/环氧复合材料力学性能的实验研究

摘要整理

本研究评估了新型纳硅石修饰多壁碳纳管（SiO₂@MWCNTs）/玄武岩纤维（BFs）/环氧树脂多尺度复合材料的性能特征。采用原位生长法利用四乙基硅酸盐（TEOS）成功合成了SiO₂@MWCNTs。X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和能谱分析（EDS）结果表明，平均粒径约3 nm的无定形SiO₂纳米颗粒已成功修饰在MWCNTs表面。通过干滑动磨损试验和短梁剪切试验研究了SiO₂@MWCNTs/BFs/环氧复合材料的力学性能。考察的参数为基体中SiO₂@MWCNTs的含量（0.2~0.8 wt.%，间隔0.2 wt.%）。实验结果表明，引入0.6 wt.% SiO₂@MWCNTs使玄武岩纤维/环氧复合材料的层间剪切强度（ILSS）显著提高52.5%。此外，填充0.4 wt.% SiO₂@MWCNTs的玄武岩纤维/环氧复合材料表现出最优的耐磨性能。与对照样相比，0.4 wt.% SiO₂@MWCNTs负载的复合材料的磨损率和平均摩擦系数（COF）分别降低约53.3%和23.5%。形貌观察表明玄武岩纤维与SiO₂@MWCNTs填充环氧基体之间具有良好的界面粘结，这是复合材料力学性能改善的主要原因。

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