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二维编织碳纤维树脂基复合材料的多壁碳纳米管层间增韧机理研究

复合材料 多壁碳纳米管 层间增韧 I型断裂韧性

碳纤维增强复合材料由于层间韧性较弱，遭遇冲击载荷时容易分层。通过在层间添加具有超高力学性能的碳纳米管可以提高复合材料层间韧性。本文研究在织物叠层碳纤维-环氧树脂基复合材料层间添加多壁碳纳米管(MWCNTs)对I型断裂韧性的提升效率及增韧机理。材料工艺思路是将MWCNTs以1.58 g/m²的密度喷附于湿铺层表面，再进行叠层与热补仪加压加热固化。实验采用双悬臂梁（DCB）方法验证其增韧效果。研究发现，MWCNTs能显著提升层间I型断裂韧性，较未添加MWCNTs的原始试样I型断裂韧性增加了102%，且分散性低。扫描电镜分析，MWCNTs使得层间断口形貌相较无纳米材料添加时的平坦变为“山脉”状断口，且“山脉”位于无纤维的含MWCNTs的环氧树脂基体部位，被纤维剥离后光滑的纤维-基体界面分割成相互平行的区域。因此，MWCNTs对碳纤维-环氧树脂基织物复合材料的层间增韧机理为基体的增韧而非纤维-基体界面增韧。