论文部分内容阅读
碳纤维环氧树脂复合材料因其优异的力学性能，在军工和民用领域得到了广泛的应用，但由于两者不同的热膨胀系数，当复合材料经历从高温到低温的往复循环中会使复合材料内部产生较高的应力，从而使微裂纹在复合材料内部产生和生长。相关的前期研究表明，纳米填料无序分散在树脂基体中可在一定程度上提高碳纤维环氧树脂状复合材料在低温环境下的微裂纹抗性，对于有序的分散相关研究较少。本文开展了此方面相关研究工作，总共分为三大部分。 第一、碳材料的制备及表征：用化学氧化法对多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）和膨胀石墨进行氧化处理，得到氧化碳纳米管（O-MWCNTs）和氧化石墨烯（Graphene oxide，GO），然后通过化学共沉淀法在氧化碳材料表面修饰四氧化三铁微球修饰。 第二、外磁场作用下Fe3O4/纳米碳材料定向排列增强环氧树脂复合材料性能的研究：当低温 Fe3O4/O-MWCNTs质量分数为0.75wt％时， Fe3O4/O-MWCNTs/epoxy复合材料的拉伸强度和冲击强度达到最大，分别是72.3MPa、5.55KJ/m2；同样的在低温下（77K）Fe3O4/GO为质量分0.5 wt%时， Fe3O4/GO/epoxy复合材料的拉伸强度达到最为74.5 MPa、当Fe3O4/GO质量分为0.75 wt%时冲击强度达到最大为4.22KJ/m2。纳米碳材料经外磁场诱导后定向排列的复合材料的低温拉伸和冲击性能要优于纳米碳材料在复合材料中呈无规分散的复合材料。 第三、纳米碳材料的定向排列对碳纤维增强环氧树脂复合材料低温微裂纹抗性影响的机理研究采用真空树脂转移膜（Vacuum–assistedresin transfer molding，VARTM）技术分别制备出 Fe3O4/O-MWCNTs/碳纤维/环氧树脂复合材料、Fe3O4/GO/碳纤维/环氧树脂复合材料，然后放入外磁场环境中使磁性纳米碳材料在复合材料中定向排列，最后固化。测试表明，纳米填料做定向排列的复合材料的低温微裂纹密度要小于其它样品，这可能是当纳米填料被取向后，沿着外力作用方向的等效界面面积增大，同时垂直于外力作用方向取向后的纳米填料能更加有效地阻止基体裂纹沿外力作用方向进行扩展，更好的提高了复合材料的力学性能。