碳纤维/环氧树脂界面的强韧化设计方法研究

摘要

为了同时提升碳纤维/环氧树脂复合后的界面强度和韧性,设计了新型“刚-柔”界面层。该方法采用超声分散将刚性的多壁碳纳米管(MWCNT)与柔性的热塑性聚氨酯(TPU)在N,N-二甲基甲酰胺溶液中均匀分散,随后采用浸涂法将MWCNT与TPU同时沉积在碳纤维表面对其进行改性。采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、红外光谱和拉曼光谱对改性后碳纤维表面进行表征,并采用纤维束拔出实验测试了碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度和拔出位移。结果表明:利用上述碳纤维/环氧树脂界面的强韧化设计方法可将MWCNT和TPU均匀沉积在碳纤维表面;与对照组相比,由于该方法实现了化学的氢键作用和物理的机械连锁作用的协同,改性后的碳纤维/环氧树脂界面剪切强度提升了163.3%,拔出位移提升了52.8%,表明本文所设计的“刚-柔”界面层对提升碳纤维/环氧树脂界面的强度和韧性有积极作用。