提升GFRE复合材料的抗拉性能：微铜填料与纳米铜填料的对比研究

《Scientific Reports》：Enhancing the tensile performance of GFRE composites: a comparative study of micro- and nano-copper fillers

　　

摘要

在纤维增强环氧复合材料中加入微米至纳米级的填料是提升其力学性能的有效方法。本研究在相同的制备和加载条件下，对玻璃纤维增强环氧复合材料中的微米级和纳米级铜添加剂进行了深入评估，并采用了多准则决策分析（熵–TOPSIS法）进行性能与成本分析。通过控制超声波处理和机械搅拌的方式，制备了含有0.2 wt%、2 wt%和4 wt%不同比例微/纳米铜填料的GFRE层压板。研究同时评估了这些材料的轴向和横向拉伸性能、硬度、孔隙率以及成本效益。研究结果以平均值形式呈现，相关标准差也显示在图表中，结果表明，添加4 wt%微米级铜填料可使材料的轴向拉伸强度提高21%，而添加2 wt%纳米级铜填料则可使强度提高20.6%。此外，添加2 wt%微米级铜填料可使材料的横向拉伸强度提高33.8%，添加2 wt%纳米级铜填料则可提高38.2%。在应变方面，添加2 wt%纳米级铜填料可使材料的轴向应变最大程度提升至65.7%，横向应变也可提升至43.6%。分析表明，在较低添加量时纳米级铜的表现更好，而在较高添加量时微米级铜更具成本优势且稳定性更高。这些研究结果有助于为那些需要兼顾性能与成本的结构应用优化GFRE复合材料。