纳米纤维素对碳纤维增强复合材料阻尼性能的影响
2021-12-12朱雪瑞章中森
朱雪瑞,李 岩,2*,于 涛,章中森
(1.同济大学 航空航天与力学学院, 上海 200092;2.同济大学 先进土木工程材料教育部重点实验室, 上海 200092)
纳米微纤纤维素(cellulose nanofiber,CNF)源自植物纤维,被认为是生物质中最丰富的有机高分子聚合物。与其他纳米材料相比,CNF除了具有低密度和比模量高的特点外,还具有可回收性、生物降解性、可持续性和低成本等优点[1]。CNF分子含有大量羟基,亲水性极高,与大多数憎水性树脂的相容性很差,需通过表面改性,改善CNF与树脂的界面结合。Yeo等[2]用硅烷对微纤化纤维素(MFC)进行改性,使环氧基体和纤维素填料之间的界面黏合性得到改善,制备的环氧复合材料的拉伸性能和冲击性能提高了1.5~2.2倍。
近年来,以碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)为代表的先进复合材料具有高的比强度、比模量,出色的可制造性以及抗疲劳、耐腐蚀等优点,正逐步取代传统金属材料,越来越多地应用在航空领域中[3-4]。然而,CFRP高的刚度意味着低的阻尼性能,由其所制备的结构抗振性能差,导致这些结构中的微小裂纹会迅速扩展,出现部件过早失效[5-6]。动态力学分析(dynamic mechanical analysis,DMA)是评估材料阻尼特性方便、有效的方法[7]。由DMA测得的损耗因子tanδ定义为损耗模量与储能模量之比,可用于评估阻尼振动过程中材料的能量耗散。较高的tanδ意味着在动态载荷下更多的能量耗散和更好的阻尼特性[8]。
提高CFRP阻尼性能的方法通常包括纤维混杂[9]、改善基体的黏弹性[10]或将阻尼材料插入层间[11]。Martone等[12]将碳纤维纱线与聚氨酯纤维纱线重新编织混合,纤维混杂后有效改善了阻尼性能。……
