磁致取向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的层间性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20211228.008

复合材料科学与工程 ›› 2021, Vol. 0 ›› Issue (12): 53-59.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20211228.008

磁致取向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的层间性能研究

黄东辉^1,2, 曾少华^2*

1.安徽森泰木塑集团股份有限公司,广德242200;
2.安徽大学化学化工学院,合肥230601

收稿日期:2021-04-13 出版日期:2021-12-28 发布日期:2022-01-07
通讯作者: 曾少华(1990-),男,博士,讲师,主要从事纤维增强复合材料表界面改性及功能化应用方面的研究,shzeng@ahu.edu.cn。
作者简介:黄东辉(1972-),男,学士,高级工程师,主要从事高分子复合材料成型工艺方面的研究。
基金资助:
安徽省高等学校自然科学研究重点项目(KJ2020A0015);安徽大学博士科研启动经费(S020318008/003)

Interlaminar properties of magnetically oriented carbon nanotubes-reinforced glass fiber/epoxy composites

HUANG Dong-hui^1,2, ZENG Shao-hua^2*

1. Anhui Sentai Wood Plastic Group Co., Ltd., Guangde 242200, China;
2. College of Chemistry & Chemical Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China

Received:2021-04-13 Online:2021-12-28 Published:2022-01-07

摘要/Abstract

摘要： 为提升玻璃纤维/环氧复合材料(GFRE)的层间性能,本文采用共价键合的方式将四氧化三铁(Fe₃O₄)纳米磁球负载于多壁碳纳米管(MWCNTs)表面得到Fe₃O₄@MWCNTs纳米粒子,再将其通过三辊研磨、超声分散于环氧树脂中,并利用弱磁场诱导制备含取向MWCNTs的玻璃纤维/环氧复合材料。结果表明:弱磁场作用下MWCNTs沿树脂流动方向取向分布,并且MWCNTs和Fe₃O₄在树脂中具有协同助分散的作用,取向且分散均匀的MWCNTs能够增强与增韧复合材料层间区域,实现复合材料力学性能和热性能的提升;相比于纯GFRE,含取向MWCNTs复合材料的层间剪切强度和断裂功分别提升约31%和117%,拉伸、弯曲性能及储能模量都有明显提升,且玻璃化转变温度提高了约7 ℃。

关键词: 纤维增强复合材料, 环氧树脂, 碳纳米管, 取向, 层间剪切强度

Abstract: To improve the interlaminar properties of glass fiber reinforced epoxy composites (GFRE), ferroferric oxide@multi-walled carbon nanotubes nanoparticles (Fe₃O₄@MWCNTs) were prepared by depositing Fe₃O₄ on the surface of MWCNTs based on the covalent bonding, and then such nanoparticles were dispersed in epoxy resin by three-roll grinding and ultrasound methods. The glass fiber/epoxy composites containing oriented MWCNTs were fabricated under a weak magnetic field. The results showed that MWCNTs were distributed along the flow direction of resins under a weak magnetic field, and MWCNTs and Fe₃O₄ could promote mutual co-dispersion in resins. MWCNTs with uniform orientation and dispersion could strengthen and toughen the interlaminar region of composites, and the improved mechanical and thermal properties of composites could be realized. Compared with pure GFRE, the interlaminar shear strength and work of fracture of composites containing oriented MWCNTs were increased by about 31% and 117%, respectively. The tensile and flexural properties and storage moduli were significantly improved, and the glass transition temperature was increased by about 7 ℃.

Key words: fiber-reinforced composites, epoxy resin, carbon nanotubes, orientation, interlaminar shear strength

中图分类号:

TB332

黄东辉, 曾少华. 磁致取向碳纳米管增强玻璃纤维/环氧复合材料的层间性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(12): 53-59.

HUANG Dong-hui, ZENG Shao-hua. Interlaminar properties of magnetically oriented carbon nanotubes-reinforced glass fiber/epoxy composites[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2021, 0(12): 53-59.

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Interlaminar properties of magnetically oriented carbon nanotubes-reinforced glass fiber/epoxy composites

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