石墨烯纳米颗粒/碳纳米管改性胶粘剂对平接-榫接-平接(FJF)接头力学行为的增强研究

为解决碳纤维增强聚合物(CFRP)平接-榫接-平接(FJF)接头力学性能不足的问题，研究人员通过超声分散法制备了含0%-1%石墨烯纳米颗粒(GNP)/碳纳米管(CNT)的改性环氧胶粘剂。实验表明：CNT(0.5%)改性胶粘剂使接头剪切强度达82.04 MPa，固有频率提升43%至863.61 Hz，且全部呈现内聚失效模式，显著优于传统环氧树脂和玻璃短纤维(GCF)增强体系。该研究为航空航天复合材料连接结构提供了性能优化新策略。

　　

这项创新研究聚焦于通过纳米材料改性技术提升复合材料接头的综合性能。采用真空辅助手糊成型工艺制备了[0/45/90/45/0]_s铺层的碳纤维增强聚合物(CFRP)层合板，通过超声震荡将不同比例(0.25%-1%)的石墨烯纳米颗粒(GNP)和碳纳米管(CNT)分散到环氧树脂基体中。

令人振奋的实验数据显示：当添加0.5%碳纳米管(CNT)时，平接-榫接-平接(FJF)接头展现出惊人的82.04 MPa剪切强度，较纯环氧树脂实现跨越式提升。更引人注目的是振动测试结果——CNT改性样本的固有频率飙升至863.61 Hz，较基准组提高43%，甚至比性能次优的0.75%GNP组还高出15%。

失效分析揭示了所有纳米改性接头均呈现典型的内聚失效模式，这归因于纳米材料在界面区域形成的"机械互锁"效应，显著增强了CFRP与胶粘剂间的界面结合强度。值得注意的是，碳纳米管(CNT)因其独特的一维管状结构和更高的长径比，在载荷传递和阻尼特性方面展现出比片状石墨烯纳米颗粒(GNP)更优异的增强效果。

这项研究为航空航天领域轻量化复合材料连接结构的可靠性设计提供了重要数据支撑，特别是针对需要同时承受机械载荷和振动疲劳的飞行器部件开发具有指导意义。