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炭纖維增強樹脂基復合材料(Carbon fiber rein forced resin matrix composites, CFRP)具有高比強度高比剛度、優(yōu)異的耐腐蝕性、可設(shè)計性強、可一體化成型等優(yōu)點,在航空航天、汽車、海軍、武器和民用基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。但CFRP在實際應(yīng)用過程中的會出現(xiàn)纖維脫粘、纖維斷裂和層間分層等問題,其中層間分層是最嚴重的失效形式之一。
碳納米管(Carbon nanotube, CNT)是一種具有優(yōu)異的力學性能的一維納米材料,能夠通過拔出、微裂紋和裂紋橋聯(lián)等方式增強CFRP,是改善CFRP機械性能的理想增強體。
因此,如何在樹脂基體中實現(xiàn)CNT的均勻分散是一個亟需解決的難題。
通過高壓均質(zhì)機對CNT進行預處理,可以打開CNT管束間的纏繞,提高CNT在環(huán)氧樹脂中的分散性與穩(wěn)定性,獲得分散均勻的CNT改性樹脂。所制備的CNT/CFRP的層間剪切強度也有所提升。
CNT分散前后外觀對比
使用設(shè)備:ATS AH-BASIC 2
通過觀察SEM圖(左)和TEM圖(右)可以看出經(jīng)過高壓均質(zhì)機分散處理后,相同質(zhì)量下CNT體積明顯變大且網(wǎng)絡(luò)疏松,管間團聚現(xiàn)象得到了明顯地改善。
CNT改性樹脂光學顯微鏡圖
未分散的CNT多以纏繞起來的幾十微米大小的團簇存在于樹脂中,結(jié)構(gòu)緊密,基本看不到透過的光線,CNT分布不均勻。高壓均質(zhì)機分散后的CNT在樹脂中均勻分布且無明顯的團聚現(xiàn)象。
CNT/CFRP微觀樣貌
使用高壓均質(zhì)機分散后的CNT改性樹脂制備的 CNT/CFRP,CNT有效地增強了復合材料的層間性能 ,當CNT含量為1.00%時, 復合材料的層間剪切強度達到最大值 85.1 MPa,提高了37.9%。
參考文獻:劉婉玥 ,楊文剛 ,姜欣榮,程曉英 ,呂衛(wèi)幫.碳納米管預分散及其對復合材料層間剪切力學性能影響研究.[j]炭素技術(shù).2021