基于碳納米管改性碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的力學(xué)、界面和抗疲勞性能.pdf

1、隨著碳纖維(CFs)增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂(EP)基復(fù)合材料在航空航天、風(fēng)力發(fā)電、體育器材等眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)復(fù)合材料的性能提出了更高的要求，所以對(duì)復(fù)合材料改性的研究顯得尤為重要。碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料是三相結(jié)構(gòu)，包括增強(qiáng)體（碳纖維）、基體（環(huán)氧樹(shù)脂）和界面，所以復(fù)合材料的性能也是由碳纖維、樹(shù)脂基體和界面的性能共同決定的。由于碳納米管(CNTs)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于提高復(fù)合材料的性能。CNTs對(duì)復(fù)合材料的改性一般是基于基

2、體改性或者界面改性，但目前關(guān)于界面改性和基體改性系統(tǒng)比較和研究的文獻(xiàn)報(bào)道還比較少。本課題選擇超聲共混和電泳沉積的方式分別將CNTs引入到單向碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的樹(shù)脂基體中和碳纖維表面，系統(tǒng)的研究和比較了兩種改性復(fù)合材料的力學(xué)、熱、界面和抗疲勞性能，以及兩種改性方式中CNTs對(duì)復(fù)合材料性能的影響機(jī)制。
　　創(chuàng)新地應(yīng)用掃描電鏡上的能譜分析功能(EDX)輔助單纖維破碎實(shí)驗(yàn)表征界面剪切強(qiáng)度(IFSS)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)基體改性的復(fù)合材料(CF

3、/EP-CNTs)和界面改性的復(fù)合材料(CF-CNTs/EP)的界面剪切強(qiáng)度分別提高了10.14％和45.2％。此外，CF/EP-CNTs和CF-CNTs/EP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度分別提高了10.41％和24.42％。經(jīng)過(guò)30，0000次拉-拉模式下的疲勞損傷后，CF-CNTs/EP的剩余拉伸強(qiáng)度保留率提高了3.84％，且經(jīng)過(guò)相同次數(shù)的疲勞加載后，CF/EP-CNTs的剩余拉伸強(qiáng)度保留率提高了1.21％。另外，經(jīng)過(guò)超聲C掃描檢測(cè)發(fā)現(xiàn)CF-

4、CNTs/EP的內(nèi)部疲勞損傷情況明顯要比CF/EP-CNTs小。
　　為了明確CNTs在基體改性和界面改性中對(duì)復(fù)合材料性能的影響機(jī)制，分別采用掃描電鏡的能譜分析功能(EDX)、力調(diào)制原子力顯微鏡(f-AFM)和透射電鏡(TEM)對(duì)復(fù)合材料的界面處元素分布、模量分布和界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在CF-CNTs/EP中，部分CNTs可以在復(fù)合材料成型和固化期間擴(kuò)散到碳纖維周?chē)臉?shù)脂基體中，這可以使基體變得堅(jiān)韌并形成了可以顯著降