生物启发的微空洞增强了Fe-碳纤维增强聚合物的接口

科学领域:

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• 表面工程是什么?表面工程是什么?
• 复合材料 复合材料 复合材料

背景情况:

• 改善界面粘附对于高性能聚合物/金属混合复合材料至关重要.
• 激光微型钻探提供了一种潜在的表面修改方法,以增强复合材料接口.
• 仿生设计可以激发新的表面工程策略,以改善材料性能.

研究的目的:

• 研究激光微钻对铁 (Fe) 基板的影响,以提高树脂互锁Fe-CFRP混合复合材料的接口性能.
• 设计由毛囊启发的新型仿生表面结构,以改善Fe-CFRP的粘附性.
• 阐明微孔几何和界面性能之间的关系.

主要方法:

• 激光微型钻孔铁基板,以创建各种腔体几何形状 (圆形,圆形体,圆柱形,体集成的圆柱形).
• 使用修改的Fe基板制造树脂互锁的Fe-CFRP混合复合材料.
• 机械测试 (剪切强度) 来评估接口性能.
• 分子动力学模拟用于分析界面能量,范德瓦尔斯相互作用和树脂流动性.

主要成果:

• 与未经处理的铁相比,激光加工的表面显示出明显改善的界面性能.
• 带有体集成的圆柱形腔体的样本获得了最高的剪切强度,比没有钻孔的对照样本增加了44.8%.
• 分子动力学模拟证实,体集成的圆柱形腔增加了Fe-Diglycidyl bisphenol-A (DGEBA) 界面能量和范德瓦尔斯相互作用.
• 观察到增强的DGEBA-3,3'-diaminodiphenyl sulfone流动性,促进了机械互锁和树脂填充.

结论:

• 激光微型钻孔,特别是与体集成的圆柱形腔,有效地提高了Fe-CFRP混合复合材料的界面性能.
• 生物仿真腔设计在改善机械互锁和树脂透方面发挥着至关重要的作用.
• 这些发现为设计用于航空航天和汽车应用的先进复合材料提供了宝贵的见解.