石墨烯/碳纳米管共改性碳纤维复合材料的结构、力学、导电和雷击性能

摘要

发展结构-防雷击功能一体化复合材料是未来的发展方向之一。本文制备了一种石墨烯和碳纳米管共改性的复合材料并研究了其结构、力学性能、导电性能和雷击性能。结构研究表明导电纳米粒子主要分布于复合材料层间和邻近层间的层内区域,而内部分布较少。复合材料的0°弯曲强度和0°层间剪切强度分别为(1538±86)MPa和(107.0±1.0)MPa。制备了2 mm、3 mm、4 mm三种厚度的复合材料板,其面内电导率为100S/cm左右,其厚度向电导率分别为0.128 S/cm、0.094 S/cm和0.088 S/cm。雷击试验表明,三种厚度试样的总损伤面积类似,深层损伤面积随厚度向电导率降低而减少,但损伤深度则随厚度向电导率降低而增加,损伤模式主要为树脂的烧蚀气化和纤维的断裂损伤,但没有明显的层间分层发生。2 mm厚雷击试样板损伤区域的最低弯曲强度达到了782 MPa,保持率为75%,弯曲模量保持率为59.2%。2 mm板和3 mm板雷击损伤中心150 mm×100 mm区域平均弯曲强度保持率分别达到了87.4%和87.2%,损伤深度分别只有约0.3 mm和0.4 mm。