采用3D打印聚酰胺夹层增强碳纤维/环氧树脂层合复合材料的I型和II型断裂韧性

摘要整理

分层是层合复合材料的关键问题，严重影响其结构完整性和整体性能。本研究通过在碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料中引入3D打印聚酰胺（PA）夹层，探索I型和II型断裂韧性的增强方法。采用真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺制备含有和不含3D打印PA夹层的复合材料层板。通过系统测试评估3D打印PA夹层对I型和II型断裂韧性、层间剪切强度、弯曲性能的影响，并采用动态力学分析（DMA）表征其热力学响应。结果表明，I型和II型临界能量释放率（GIc和GIIc）分别提高了43.5%和81.2%，相比参考复合材料显著增加。这种增强主要归因于层间区域PA纤维的裂纹桥接和塑性变形。层间剪切强度提高17.4%。参考复合材料的玻璃转变温度为117.3°C，而PA增强复合材料略高至119.6°C，玻璃转变温度无显著变化。tanδmax值从0.321增加至0.576，表明PA增强复合材料的能量耗散能力更强。然而，由于3D打印PA夹层的引入导致厚度增加和纤维体积分数降低，弯曲性能受到不利影响，弯曲模量下降约28%，弯曲强度下降约50%。这些发现为特定载荷工况下CF/EP复合材料性能的增强提供了有前景的机遇，有利于其在多个工业领域的应用拓展。

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