《表3 复合材料疲劳测试后弯曲强度和弯曲模量的保持率》

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《基于碳纳米管界面改性的碳纤维复合材料抗γ辐射性能研究》


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弯曲强度和弯曲模量是表征复合材料力学性能的重要参数。剩余强度反映复合材料的抗疲劳能力,是预测疲劳寿命的基础。本工作采用三点弯曲的方式对疲劳测试前后复合材料的弯曲性能进行分析,结果如图5所示。疲劳测试前,与γ-CF/EP相比,γ-CF-CNTs/EP的弯曲强度从986 MPa上升至1 266 MPa,弯曲模量从47.4 GPa提高至66.6 GPa。疲劳测试后(如表3所示),γ-CF/EP、γ-CF-CNTs/EP的剩余弯曲强度保持率分别为93.5%和94.8%,剩余弯曲模量保持率分别为93.5%和95.0%,可以看出,γ-CF-CNTs/EP的剩余弯曲强度和剩余弯曲模量保持率均高于γ-CF/EP。当复合材料受到外力破坏时,力的传播路径是树脂、界面和纤维,加入的CNTs在界面区域起到过渡作用,使得γ-CF-CNTs/EP受到巨大外力时,在界面区域CFs难以脱粘和突然断裂。这是因为:一方面,CNTs本身具有较强的刚度、硬度和抗辐射性,可以吸收和抵消部分能量,且CFs功能化之后,表面的羟基和羧基官能团与EP发生开环反应形成共价键,有效地改善了CFs与EP界面区域的化学键合,可在一定程度上提高CF/EP抵抗γ射线的能力;另一方面,当复合材料受到外力作用发生断裂时,表面裂纹传递到基质中再扩展到纤维,CNTs可有效减轻应力集中,防止裂纹尖端直接与CFs表面接触,并使裂纹路径发生偏离,且CNTs会引起更多的微裂纹,可以吸收裂缝能量,延迟损坏的发生,从而提升CF/EP抵抗γ射线破坏的能力。