Mater. Today Commun.：電紡N66、PAN、PVA和PVC納米纖維增強聚合物基復合材料力學性能的比較研究

DOI:10.1016/j.mtcomm.2020.101939

纖維增強聚合物基復合材料由于其優異的性能而被廣泛應用于多種結構中。近年來，利用具有獨特性能的靜電紡絲納米纖維作為增強劑，在改善復合材料的性能方面引起了極大的關注。雖然在文獻中有許多關于該主題的有前景的研究，但是仍然有許多問題需要進一步探索。在這項研究中，報告了用不同類型熱塑性納米纖維增強的兩相聚合物基復合材料的制備和力學性能的實驗研究。以N66、PAN、PVA和PVC聚合物為原料，通過靜電紡絲技術制備了不同類型的納米纖維墊。采用真空浸漬法將納米纖維嵌入環氧樹脂中制備了復合材料。通過拉伸試驗測定了復合材料的力學性能，并對結果進行了比較。借助SEM觀察納米纖維的形態和復合材料的斷裂表面。最后，利用力學數據進行統計評估。拉伸試驗結果表明，N66納米纖維復合材料的最佳極限抗拉強度為38.04±3.7MPa，伸長率為2.46±0.4％，韌性為532±137kJ/m3，而PVA納米纖維復合材料的楊氏模量（2.40GPa）最佳。研究表明，聚合物類型對復合材料的性能有著顯著影響。除了具有最佳的力學性能外，N66復合材料比其他試樣更穩定且具有重現性。由于納米纖維的良好浸漬性，因此真空浸漬工藝適合用于該類材料的生產。

圖1.靜電紡絲工藝示意圖

圖2.真空浸漬工藝示意圖

圖3.a）N66，b）PAN，c）PVA和d）PVC納米纖維的SEM圖像和直徑分布（放大10000倍）

圖4.通過重復測試a）CN66，b）CPAN，c）CPVA和d）CPVC獲得的應力-應變曲線

圖5.CN66，CPAN，CPVA和CPVC復合材料試樣的a）應力-應變曲線，b）UTS，c）伸長率，d）韌性和e）楊氏模量

圖6.拉伸試驗后CN66斷裂表面的SEM圖像：a）120x，b）1000x，c）5000x，d）10000x，e）20000x，f）35000x，g）50000x

圖7.拉伸試驗后CPAN斷裂表面的SEM圖像：a）120x，b）1000x，c）5000x，d）10000x，e）20000x，f）35000x，g）50000x

圖8.拉伸試驗后CPVA斷裂表面的SEM圖像a）120x，b）500x，c）1000x，d）5000x，e）10000x，f）20000x，g）35000x

圖9.拉伸試驗后CPVC斷裂表面的SEM圖像：a）120x，b）500x，c）1000x，d）5000x，e）10000x，f）20000x，g）20000x

圖10.a）復合試樣UTS值的數據變化和b）威布爾分布

圖11.a）復合試樣韌性值的數據變化和b）威布爾分布