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碳纤维增强环氧树脂基复合材料因其轻质高强、优异的综合性能,广泛应用于航空工业中。但由于树脂基体的本征脆性和层压板层级结构特性导致的层间断裂韧性不足容易受到外来物体的冲击造成分层损伤,以及较低的Z轴电导率无法满足电磁屏蔽和防雷击的要求,这些都极大程度的限制了在航空航天上的应用。近年来提出的层间增韧法是一种有效的改善层间断裂韧性的方法,通过将高韧性的热塑性树脂引入到复合材料容易分层的层间区域,在环氧树脂固化过程中反应热动力学诱导下,形成双连续相的层间结构,显著提高了层压板抗冲击损伤性能并且不影响本身的热稳定性和平面内力学性能。层间增韧法虽然增加了层间断裂韧性,但阻碍了碳纤维的接触,进一步降低了厚度方向电导率。目前报道的研究大多数都只是单一的改善复合材料的层间力学性能,我们希望可以制备出同时具有良好结构和功能性能的复合材料层压板制品。本文综合考虑增韧-降阻两方面问题,基于层间增韧法,首先制备一系列碳纳米管杂化导电薄膜,作为用于增强碳纤维树脂基复合材料的韧性和导电性能的载体材料,并完成其结构、导电性能表征,然后将制备的薄膜平整铺放在预浸料层间,通过热压法制备了杂化薄膜插层的夹芯结构碳纤维复合材料层压板。测试了层压板Ⅰ型层间断裂韧性和Ⅱ型层间断裂韧性,以及导电性能。实现了碳纳米管与热塑性基体协同增韧复合材料和降低复合材料体积电阻的效果。本文的主要研究工作和结果如下:(1)碳纳米管杂化热塑性树脂导电薄膜的制备:选用多壁碳纳米管(MWCNTs)作为导电纳米填料,一维结构的碳纳米管,比重低、具有极高的纵横比和超强的力学和导电性能,被认为是理想的功能性和增韧填料。采用热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和尼龙12(PA12)两种树脂为薄膜基体,这两种热塑性聚合物都具有高强度、高韧性、加工性能好等优异的综合性能。通过溶液浇铸法制备了两种不同质量分数的MWCNTs/TPU和MWCNTs/PA12杂化薄膜。电导率测试结果表明,两种薄膜随着碳纳米管质量分数增加,其电导率变化都呈现一个明显的逾渗行为。通过渗流理论对薄膜导电网络结构进行了探究,结果表明:MWCNTs/TPU薄膜其逾渗阈值约为0.6 wt%,临界指数为3.36左右;MWCNTs/PA12薄膜其逾渗阈值约为0.2 wt%,呈现了一个更低的临界填料浓度,其临界指数在1.26左右。(2)制备MWCNTs/TPU薄膜插层的低温环氧/碳纤维复合材料层压板:将MWCNTs/TPU杂化导电薄膜平整的铺放在预浸料层间,按照固化工艺通过热压法制备层压板。层压板电导率测试结果表明:样品TC-5、TC-10、TC-15在横向(Y)和厚度(Z)方向上电导率分别为 9.35 S/m 和 0.14 S/m、20.8 S/m 和 0.32 S/m、25.75 S/m 和 0.41 S/m。样品TC-15改善最明显,与对照样品相比分别提高了约13倍和16倍,TC-15样品中的碳纳米管总重量分数仅为1.02 wt%。其原因主要归结于碳纳米管的优异的导电性,减少了层间树脂富集区域电阻。层压板Ⅰ型层间断裂韧性测试结果表明:样品TC-5、TC-10、TC-15的初始层间断裂韧性值(GIC)分别为0.39 kJ/m2、0.42 kJ/m2、0.30 kJ/m2,相比于对照样品,TC-5、TC-10有小幅度提升,分别提高了 11.4%和20%,但样品TC-15的初始层间断裂韧性有小幅度的降低。三种样品的层间断裂韧性阻抗值(GIR)都有小幅度的降低,分别为0.34 kJ/m2、0.51 kJ/m2、0.36 kJ/m2。Ⅱ型层间断裂韧性测试结果表明:样品TC-5、TC-10、TC-15的Ⅱ型层间断裂韧性值(GⅡC)相比对照样品改善明显,分别为 2.48 kJ/m2、3.15 kJ/m2、2.5 kJ/m2。分别增加了 65.3%、110%、66.7%。其中样品 TC-10的增韧效果最明显。(3)制备MWCNTs/PA12薄膜插层高温环氧/碳纤维复合材料层压板:将MWCNTs/PA12薄膜按照同样的方法铺放在预浸料层间制备层压板。层压板电导率测试结果表明:在横向和厚度方向上有明显改善,随着薄膜中碳纳米管含量增加,层压板电导率也逐渐增加。样品PC-15改善最明显,在横向和厚度方向上电导率分别为30.4 S/m和0.17 S/m,相比对照样品分别提高了约155%和1600%。样品PC-15中碳纳米管质量分数仅仅约为1.05%。层间断裂韧性测试结果表明:插层薄膜对层间断裂韧性有负面影响,Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性值都低于对照样品。通过断面扫描电镜分析将原因归结于杂化薄膜体系与CF/EP体系间相容性较差,影响了固化过程中环氧的流动和与薄膜的共融过程,导致界面相互作用力较低。为了改善与CF/EP体系的相容性,将薄膜进行低温等离子处理改性,然后再插层制备层压板,实验结果表明Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂韧性都显著改善,样品PC10-M改善最明显,其初始层间断裂韧性值(GIC)为0.51 kJ/m2,相比对照样品提高了 59.3%。层间断裂韧性阻抗值(GIR)为0.83 kJ/m2,相比对照样品提高了 112.8%。Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)值为0.56 kJ/m2,相比对照样品增加了 86.7%。并且层压板电导率也有进一步提高,样品PC15-M在横向和厚度方向上电导率值为38.8 S/m和0.18 S/m,相比对照样品提高了 226%和1700%。通过断面扫描电镜分析,将增强原因归结于等离子处理增加了薄膜与复合材料体系间界面作用力,以及热塑性基体的塑性变形和碳纳米管桥接效应的协同作用。