● 摘要
本论文基于真空辅助成型工艺成功制造了单向聚合物基纳米增强复合材料，采用喷涂方法将碳纳米纤维（CNFs）均匀喷涂到碳纤维和玻纤织物上，利用高强度的环氧树脂基体成功制造了单向聚合物基纳米增强复合材料。在相关文献中，常将碳纳米纤维直接添加到树脂中来提高复合材料的力学性能，然而这可能导致高粘度在工艺过程中产生困难。本文中采用了一种新型的方法即在树脂注射前先采用喷涂的方法将碳纳米纤维直接均匀涂覆在干态预成型体，采用VARTM工艺制得了重量百分比为1%的纳米增强碳纤维和玻璃纤维织物复合材料试样。
对碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料进行了单向拉伸及压缩实验来评价碳纳米纤维对力学性能的增强效果。结果表明，碳纳米纤维增强显著提高了复合材料的力学性能，相比于没有添加碳纳米纤维的材料系统，拉伸强度提高了22-28%而压缩强度提高了7-11%，文中对碳纳米纤维对拉伸模量的提高进行详细的分析。为了进一步研究，并采用微观扫描的方法对试样断貌进行研究，分析了不同载荷条件下材料的微观形貌和破坏机理。采用扫描电子显微镜对试样断面的分析发现，碳纳米纤维提高了纤维和树脂基体的界面性能，表明碳纳米纤维对基体产生了增强，并作为填充物促进了界面相的形成。
本论文研究结果表明碳纳米纤维作为增强聚合物基体的理想填充物可以显著提高复合材料力学性能。碳纳米纤维独特的化学特征，形状及力学性能为纳米复合材料提供了发展的基础，具有很大的潜力来提高结构材料的实用价值。对于不同的聚合物基复合材料，碳纳米纤维通过形成界面相能显著提高纤维和树脂基体的粘接强度，经过碳纳米纤维增强而得到的界面相可以有效阻止微裂纹的扩展，有效地提高复合材料的强度。本文对由碳纤维和玻璃纤维增强的环氧树脂基复合材料的力学性能的提高机理进行了研究。此外，喷涂方法亦可用于碳纳米纤维作为填充材料的纳米聚合物复合材料的制造，可以有效降低制造成本，因为它是通过低含量的碳纳米纤维与纤维织物结合在一起以提高复合材料薄板的力学性能。
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