《碳納米管格線協同增韌層合結構的力學性能研究》是依託同濟大學，由劉玲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：碳納米管格線協同增韌層合結構的力學性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉玲
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目以先進複合材料層合結構為研究對象，利用化學反應－沉積法製備碳納米管格線（CNTs無紡布：CNTW），研究其拉伸性能並建立分析模型；製備CNTW層間增韌的碳纖維/環氧樹脂層合板，通過實驗研究CNTW對層合板低速衝擊性能、疲勞性能和高溫力學性能等的影響，同時對破壞模式和增韌機理進行深入分析；在實驗結果基礎上，建立CNTW層間增韌層合板的計算細觀力學模型，採用合適的損傷理論，探討CNTW對層合板損傷性能的影響，修正經典理論模型。通過實驗研究和理論分析，初步為該類複合材料建立起力學性能預報的模型和方法，為複合材料設計師們提供複合材料結構件強-韌化設計和製造的新思想和新方法，縮短設計周期，促進碳納米管增韌增強複合材料的發展和加快進入工程套用階段。
結題摘要
由於具有優越的力學和導熱導電性能，碳納米管已經引起了材料、力學和生物等領域科學家的廣泛關注。近幾年，以碳納米管為研究對象的SCI論文數呈指數級上升。碳納米管具有廣泛的套用前景，當以少量碳納米管引入聚合物複合材料時，複合材料的力學性能提高顯著，並且具有導熱導電等功能特性。因此，碳納米管複合材料必將是新型的輕質、結構和功能一體化複合材料。本項目以碳納米管格線（巴基紙）協同增強增韌環氧樹脂複合材料為研究對象，對其製備工藝，力學性能及破壞失效模式以及增強增韌機理進行了研究。首先，研究製備了多孔巴基紙格線，對格線的力學性能和導電性能進行研究；其次，製備了巴基紙格線/環氧複合材料，對格線的浸潤滲透性、複合材料的力學性能及破壞模式和機理進行了研究；再次，製備研究了巴基紙格線層間增強增韌的碳纖維層合複合材料，對複合材料的拉伸、彎曲、壓縮、層間剪下、衝擊和衝擊後壓縮，以及層間斷裂韌性進行了研究，並探討了相關的破壞模式。通過研究，製備得到了性能穩定的碳納米管巴基紙，其尺寸、厚度和密度可以根據需要進行設計，其平均拉伸強度、模量和斷裂延伸率可以達到30MPa，2GPa和5％，其電導率可以達到半導體接近導體的範圍。並且，環氧樹脂對該格線的浸潤性能良好，碳納米管在環氧樹脂中的質量百分含量可以達到25％，複合材料的力學性能可以達到350MPa，相比純環氧樹脂提高280MPa。對於層間增強增韌的複合材料，套用該格線的最大優點是可以對容易最先損傷的部位進行局部增強增韌，抑制損傷和破壞的發生。層間添加格線後，可以使層合板碳纖維主導的面內性能提高約3～20％，層間剪下強度提高30％，I型和II型層間斷裂韌性提高30～80％，使衝擊後壓縮強度提高13％。通過本項目的研究，所製備的碳納米管格線可對層合結構的力學性能進行全面提高，並且具有良好的電導率，為進一步製備結構和功能一體化複合材料提供了有用的實際指導。
