碳基纳米填充剂对CFRP冷温度机械性能的影响

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 聚合物工程 聚合物工程
• 纳米技术 纳米技术

背景情况:

• 碳纤维增强聚合物 (CFRP) 在需要高性能的应用中至关重要.
• 了解它们在冷温度 (77K) 的机械行为对于专业用途至关重要.
• 结合纳米填充剂可能会增强CFRP的性能,但它们的冷性能需要调查.

研究的目的:

• 研究碳基纳米填充剂 (石墨烯纳米板,碳纳米纤维,碳纳米管) 在冷温度 (77 K) 下对CFRP机械性能的影响.
• 评估无溶剂流化床混合技术 (FBM) 的有效性,以创建纳米复合材料矩阵.
• 评估破裂性,屈曲强度和间层切割强度 (ILSS) 在室温 (RT) 和 77 K 的改善.

主要方法:

• 使用流化床混合 (FBM) 将0.5%重量的石墨烯纳米板 (GNP),碳纳米纤维 (CNF) 或碳纳米管 (CNT) 纳入环氧基质.
• 单向CFRP样品的制造通过将碳纤维浸纳米填充剂修饰的环氧纤维.
• 低温机械测试 (77K) 使用现场调节方法,包括断裂性,曲性和层间剪切强度 (ILSS) 测试.
• 光学显微镜用于填充剂分散分析.

主要成果:

• 在环氧矩阵内观察到GNP和CNF的均分散.
• 用GNP加载的系统表现出更好的断裂性,在RT时应力强度因子 (KC) 增加了13.2%,在77K时增加了14.7%.
• 柔性测试表明,在RT和77K时,所有测试的碳基纳米填充剂的柔性强度普遍增加.

结论:

• 碳基纳米填充剂,特别是GNP,显著增强了CFRP的冷机械性能.
• 在CFRP应用中,FBM技术有效地在环氧矩阵中实现同质的纳米填充剂分散.
• 这些发现支持使用纳米填充剂修改的CFRP用于在冷温度下工作的结构部件.