纳米氧化铁(α-Fe2O3)颗粒增强玻璃纤维复合材料的力学性能研究

本期推荐：研究人员通过添加0.5-4.0 wt.% α-Fe2O3纳米颗粒，系统研究了其对环氧树脂基玻璃纤维增强复合材料(GFRC)性能的影响。实验发现0.5 wt.%添加量使纳米复合材料拉伸强度提升13.62%，韧性提高37.94%，玻璃化转变温度上升5.9%。优化后的GFRC层压板拉伸性能显著提升，但弯曲性能有所下降。该研究为开发高性能纳米复合材料提供了重要参考。

　　

这项研究深入探讨了α型氧化铁(α-Fe₂O₃)纳米颗粒对环氧树脂基纳米复合材料及玻璃纤维增强复合材料(GFRC)性能的影响机制。通过精确调控纳米颗粒添加量(0.5-4.0 wt.%)，研究人员发现当添加量为0.5 wt.%时，纳米复合材料展现出最优异的综合性能：拉伸强度飙升13.62%，韧性飞跃37.94%，玻璃化转变温度(T_g)也提升了5.9个百分点。

热分析技术(DSC/TGA)揭示了一个有趣的现象：低纳米颗粒含量时材料热稳定性最佳。傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析则证实纳米颗粒与基体间主要是物理相互作用。采用真空辅助手糊工艺制备的优化配方GFRC样品，在拉伸测试中表现抢眼：极限拉伸强度暴涨21.43%，断裂伸长率提升22.3%，韧性增长23.08%，而弹性模量基本保持不变。

不过，弯曲性能却出现了戏剧性的变化：弯曲强度和模量分别下降了20.54%和26.7%。扫描电镜(SEM)断口分析给出了合理解释：在拉伸载荷下纤维-基体界面结合更强，但在弯曲时却表现出更脆的破坏模式。这些发现充分说明，虽然微量α-Fe₂O₃纳米颗粒能显著提升环氧基复合材料的拉伸性能，但必须严格控制分散性以避免弯曲性能的损失。这项研究为开发新一代高性能纳米增强复合材料提供了重要理论依据和实践指导。