CNF/SiO2/SCF添加剂对玻璃纤维/环氧树脂层压板层间韧性的影响

《Polymer Composites》：The Influence of CNF/SiO2/SCF Additives on Interlaminar Toughening of Glass Fiber/Epoxy Laminates

本研究采用碳纳米纤维、纳米二氧化硅和短碳纤维作为多尺度填料，提升玻璃纤维增强复合材料界面层韧性。通过双悬臂梁和端注口梁测试分析模式I和模式II断裂韧性（GIC提升74.4%，GIIc提升34.7%），结合声发射和SEM技术揭示协同增韧机制。

　　

摘要

由于厚度方向上缺乏纤维增强以及聚合物基体的断裂韧性较低，纤维增强复合材料容易发生分层失效和层间性能不足的问题。本研究采用碳纳米纤维（CNF）、纳米二氧化硅（SiO₂）和短碳纤维（SCF）作为多尺度填料，以提高玻璃纤维增强复合材料的层间韧性。为此，进行了一系列双悬臂梁（DCB）和端部切口弯曲（ENF）试验，以测量I型层间断裂韧性（G_IC）和II型层间断裂韧性（G_IIC）。通过声发射（AE）和扫描电子显微镜（SEM）技术分析了损伤和增韧机制。实验结果表明，在各种单一填料中，短碳纤维（SCF）具有更显著的增韧效果。当三种填料按0.5?wt.% CNF、0.5?wt.% SiO₂和0.5?wt.% SCF的比例混合使用时，复合材料的层间韧性显著提高：G_IC提高了74.4%，G_IIC提高了34.7%。这种多尺度填料组合的增韧效果明显优于单一填料。三种填料的协同作用能够吸收更多的断裂能量，显著提升材料的抗分层性能。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。