三维编织碳纤维增强树脂基复合材料结构-阻尼性能研究

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碳纤维增强环氧树脂基复合材料拥有高的比强度、比模量,并且凭借优异的力学性能和耐腐蚀性等性能,广泛应用在航空航天、高铁、军工及建筑等领域。但是随着现代机械系统向高速化与自动化方向发展,使得轻质的碳纤维复合材料在机械系统中更容易发生振动。高频振动不仅会降低机械系统运行的稳定性和安全性,也会加剧碳纤维复合材料的疲劳损伤,缩短其服役周期。因此,通过有效的方法在保证其优异力学性能的前提下,提高碳纤维复合材料的阻尼特性,有效抑制振动的产生和传播,制备结构-阻尼一体化复合材料成为当下的迫切需求。论文利用树脂传递模塑法(RTM)制备了改性的碳纤维增强环氧树脂基复合材料。通过聚偏氟乙烯(PVDF)和聚多巴胺(PDA)双涂层改性方法和PDA包覆原位合成碳纳米管(CNTs)方法对碳纤维进行表面修饰。研究了PVDF&PDA双涂层和PDA包覆CNTs改性方法对复合材料力学(弯曲、剪切和冲击)性能和阻尼性能的研究。在力学测试及振动测试实验结果的基础上对改性复合材料的阻尼机理及界面增强机理进行了深入的研究。结果表明,碳纤维表面通过PVDF&PDA双涂层改性方法简便,PVDF粘弹层使复合材料阻尼因子提高了70.6%,同时PDA改善了碳纤维复合材料界面的结合强度保持了复合材料优异的力学性能;利用化学气相沉积法(CVD)的方法在CF3D表面合成CNTs有效提高CNTs在树脂基体中的分散性,提高了复合材料的阻尼性能;CNTs经PDA改性处理后提高了CNTs表面的化学活性,改善了CNTs在环氧树脂基体中的润湿性,使CNTs@PDA改性后复合材料的衰减系数增大了160%,并且弯曲强度仅降低8.5%,使复合材料兼顾优异的阻尼和力学性能。研究通过对复合材料微观界面进行调控,最终实现了制备高阻尼、高强度的结构-阻尼复合材料的目标。并且,研究成果对对新型结构-阻尼复合材料开发与性能提高具有指导意义。
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