電紡納米纖維和碳納米管對碳纖維層合板低速沖擊響應的影響

DOI；10.1016/j.compstruct.2019.111776

研究了電紡屏蔽層位置、面密度和多壁碳納米管的同時存在對碳/環氧復合材料層合板低速沖擊性能和損傷容限的影響。測試了三種不同的交錯結構和基本層合板，并用最佳結構評估了屏蔽層密度（1.5 gsm和4.5 gsm）和碳納米管摻雜對損傷容限的影響。納米纖維夾層的存在導致在7.5 J的沖擊下，分層區域的下降率超過40%，而無重量損失和面內彎曲性能的退化。斷裂表面的SEM顯微照片可以確定多壁碳納米管和納米纖維對傳統層合板有效增韌的協同作用。能量吸收機制與斷裂韌性研究中描述的相似，這使得改性層合板在剩余彎曲強度和剛度方面具有更好的損傷容限。

圖1.測試配置的示意圖。所有復合材料均在上表面受到沖擊。

圖2.實驗研究流程圖。

圖3.在7.5 J下，典型的力對時間，力對位移以及能量對時間的曲線隨層壓結構而變化。

圖4.層合板在7.5 J沖擊下的C掃描。

圖5.層合板在7.5 J沖擊下的凹痕深度和分層面積。

圖6.層合板在7.5 J沖擊下的損傷過程特寫視圖。

圖7.在7.5 J下，典型的力對時間，力對位移以及能量對時間的曲線隨不含多壁碳納米管的層壓結構而變化。

圖8.在5 J下，典型的力對時間，力對位移以及能量對時間的曲線隨不含多壁碳納米管的層壓結構而變化。

圖9.不含多壁碳納米管的層合板在5 J和7.5 J沖擊下的損傷過程特寫視圖。

圖10.不含多壁碳納米管的層合板在5 J和7.5 J下沖擊下的C掃描。

圖11.在7.5 J下，典型的力對時間，力對位移以及能量對時間的曲線隨含多壁碳納米管的層壓結構而變化。

圖12.在5 J下，典型的力對時間，力對位移以及能量對時間的曲線隨含多壁碳納米管的層壓結構而變化。

圖13. 含多壁碳納米管的層合板在5 J和7.5 J沖擊下的C掃描。

圖14.含多壁碳納米管的層合板在5 J和7.5 J沖擊下的損傷過程特寫視圖。

圖15.有序交錯的層合板的剩余彎曲性能隨沖擊能量的變化。

圖16.7.5 J沖擊后，試樣斷裂面失效的SEM顯微照片。

圖17. 試樣斷裂面的SEM顯微照片，詳細說明了特定的能量吸收機理。

圖A1.共聚焦顯微鏡拍攝的1.5 gsm屏蔽層（左）和4.5 gsm屏蔽層（右）的顯微照片。

圖A2.面密度為1.5 gsm的電紡納米纖維的SEM顯微照片和直徑分布。

圖A3.面密度為4.5 gsm的電紡納米纖維的SEM顯微照片和直徑分布。

圖A4.電紡納米纖維的FTIR光譜。

圖A5.具有（a）1.5 gsm和（b）4.5 gsm面密度的靜電紡絲屏蔽層的熱重分析。

圖A6. 靜電紡絲屏蔽層的差示掃描量熱法（DSC）熱分析圖。