混杂纤维复合材料力学性能及其低速冲击性能研究

采用热压成型工艺制备单一碳纤维、碳纤维/玻璃纤维(CF/GF)和碳纤维/Kevlar纤维(CF/KF)均质和非均质混杂增强环氧树脂基复合材料,通过三点弯曲、层间剪切、低速冲击及冲后压缩性能测试,研究纤维组分、混杂结构和混杂比对复合材料力学性能及低速冲击性能的影响。结果表明,单一碳纤维复合材料力学性能最佳,其弯曲模量、弯曲强度和层间剪切强度分别达到66.16 GPa、830.35 MPa和42.73 MPa,而CF/GF混杂结构性能总体优于CF/KF混杂结构,内层混杂结构性能优于外层混杂结构;单一碳纤维复合材料低速冲击性能较差,其冲击损伤凹坑深度最高可达混杂结构的3.5倍,对应的分层阈值为2 723.53 N;CF/KF均质混杂结构的剩余压缩强度最大,而单一碳纤维复合材料则最小,对应数值分别为0.92和0.79。

CFRP复合材料层间增韧结构优化

采用T700/6240碳纤维/环氧树脂预浸料和自制热塑性酚酞基聚醚酮(PEK-C)增韧膜,通过热压成型工艺制备不同层间增韧结构复合材料层合板,对其进行低速冲击、冲击后压缩及三点弯曲实验,并结合扫描电子显微镜(SEM)微观形貌表征及数学优化思想,确定最佳增韧结构。结果表明,在不同位置铺设12层增韧膜的四组试样中,中部增韧效果最佳,其冲击后压缩强度(CAI)比未增韧时提高42.39%。在层合板中部铺设8、16和23层增韧膜的试样,CAI和弯曲强度随增韧膜数量的增加分别呈现递增和递减趋势。通过弯曲试样SEM形貌表征发现,随增韧膜数量的增加,裂纹纵向扩展受到抑制,且由于环氧树脂与PEK-C的相容性较差,出现局部分层损伤。结合总增益和单层增益函数变化趋势,确定最佳增韧结构为层合板中部铺设11或12层增韧膜。

SCF/rGO协同改性环氧树脂的力-电性能的研究

将还原氧化石墨烯(rGO)与短切碳纤维(SCF)按一定比例混合,制备SCF/rGO协同改性环氧树脂复合材料,研究添加rGO前后复合材料的体积电阻率和硬度变化,分析SCF和rGO含量对复合材料力电性能的影响。结果表明,添加rGO前,短切碳纤维/环氧树脂复合材料(SCF/EP)的体积电阻率随SCF含量的增加逐渐减小,整体变化趋势分为三个阶段,同时其维氏硬度成对数比例上升。材料在拉伸应变小于0.2%时表现出线弹性行为,电阻变化率(ΔR/R 0)随应变呈现出先线性变化,后逐渐趋于指数变化的规律。添加rGO后,复合材料(SCF/rGO/EP)的电导率、维氏硬度和拉伸性能均显著提高,应变灵敏系数大幅下降,离散度大幅减小,说明rGO与SCF协同实现了导电网络的有效优化。