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華中科技大學材料科學與工程學院、材料成形與模具技術國家重點實驗室Luyang Gong等--定向多層氧化石墨烯的界面滑動改善碳纖維增強聚合物復合材料的阻尼性能

碳纖維增強聚合物(CFRP)復合材料的阻尼性能在許多工程領域中起著至關重要的作用。本文的目的是研究如何通過二維多層氧化石墨烯(GO)的界面滑動來改善CFRP復合材料的阻尼性能。在這項工作中，我們展示了定向GO在碳纖維/環氧界面上是如何增強碳纖維方向上的能量耗散能力的。用動態力學分析儀測量了CFRPs的阻尼損失因子。研究了不同掃描模式(溫度、頻率和應變)下GO對CFRPs阻尼性能的影響。結果表明，在碳纖維表面沉積GO可以提高CFRPs在較寬的溫度、頻率和應變范圍內的阻尼性能。當應變為0.23%，頻率為1 Hz時，CFRPs (0.0345)的阻尼損失因子增加了113%。在ANSYS中提出了基于應變能法的數值參數分析方法，結合實驗數據得到了多層GO的界面特性。利用GO界面阻尼參數可以預測多層碳納米材料改性復合材料在不同服役條件下的阻尼性能。

圖1. 纖維表面的典型SEM圖像和紅色矩形區域上EDS映射結果(a-c) Raw-CF、(d-f) Desized-CF和(g-i) GO-CF。EDS圖中插入了碳和氧的原子百分比。

圖2. 通過EDS繪制出(a)中紅色矩形區域的GO-CF表面(b)碳(c)氧O元素的分布，表示GO在CF上的均勻分布。

圖3. 溫度掃描(采樣間隔為1℃) (a) Control-CFRP，(b) Desized- CFRP和(C) GO-CFRP的DMA結果。(d)不同類型CFRP阻尼損失因子的比較。

圖4. CFRP在循環加載時，由于纖維/環氧樹脂界面變形而導致的GO內部多層界面滑動示意圖。

圖5. 頻率掃描(采樣間隔為0.1 Hz) (a) Control-CFRP， (b) Desized- CFRP和(c) GO-CFRP的DMA結果。(d)不同類型CFRP阻尼損失因子的比較。

圖6. 應變掃描(采樣間隔為0.01%應變)(a) Control-CFRP， (b) Desized- CFRP和(c) GO-CFRP的DMA結果。(d)不同類型CFRP阻尼損失因子的比較。

圖7. 有限元模型的截面為:(a) Desized- CFRP (50mm × 10mm × 1mm)， (b) GO- CFRP (50mm × 10mm × 1mm)， (c) GO/基體層(0.5 mm × 0.2 mm × 0.025 mm)。圖中所有的數字都是模型的厚度。

圖8. 不同模量和損失因子定義的GO/GO界面層和計算的GO/基體層的損耗因子。

相關研究成果由華中科技大學材料科學與工程學院、材料成形與模具技術國家重點實驗室Luyang Gong等人于2022年發表在Composites Science and Technology (https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109309)上。原文：Improving the damping properties of carbon fiber reinforced polymer composites by interfacial sliding of oriented multilayer graphene oxide。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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