氧化石墨烯-碳纳米管复合膜层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料

作者：代少伟; 周玉敬^*; 李伟东; 白伟华; 赵虎虎; 白华; 胡晓兰^*

来源：复合材料学报, 2023, 40(07): 3862-3873.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20221027.003

• 氧化石墨烯
• 碳纳米管
• 层间增韧
• 碳纤维
• 复合材料

碳纤维增强树脂基复合材料层合板结构的层间性能一直是材料的性能短板，本文利用氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)设计制备了具有一定渗透性和树脂浸润性的复合膜，采用层间增韧方法，制备了GO-CNT复合膜改性碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料，通过张开型Ⅰ型层间断裂韧性(GⅠC)与滑移型Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)对GO-CNT-CF/EP复合材料的层间韧性进行了研究，并结合复合材料的破坏微观形貌和损伤/破坏特征分析了GO-CNT复合膜对复合材料的层间增韧效果及增韧机制。结果表明：GO与CNT质量比为3∶7时制备的复合膜具有良好的成膜工艺性和树脂浸润性，EP与GO-CNT复合膜的接触角远低于其与纯GO膜的接触角，并且GO与CNT结构中的羟基、羧基、环氧基等含氧基团增加了它们与EP的物理亲和性和化学作用，有利于复合材料层间GO-CNT/EP微区结构的强韧化。GO-CNT复合膜对复合材料的张开型层间断裂韧性GⅠC没有增强效果，甚至复合材料的GⅠC值还发生了轻微下降。而GO-CNT复合膜对复合材料的滑移型层间断裂韧性GⅡC具有良好的改善作用。复合材料的GⅡC从CF/EP复合材料的1 855 J/m2提高到GO-CNT-CF/EP复合材料的2 720 J/m2，提高了47%。这归因于GO-CNT复合膜和树脂间形成的相互穿插交叠的网络结构抑制了滑移型破坏载荷导致的层间微裂纹的扩展。GO-CNT/EP复合材料具有和CF/EP基本相当的玻璃化转变温度。

• 单位
  中航复合材料有限责任公司; 机械科学研究总院集团有限公司; 材料学院; 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司; 厦门大学