碳纖維增強(qiáng)聚合物(CFRP)復(fù)合材料的阻尼性能在許多工程領(lǐng)域中起著至關(guān)重要的作用。本文的目的是研究如何通過(guò)二維多層氧化石墨烯(GO)的界面滑動(dòng)來(lái)改善CFRP復(fù)合材料的阻尼性能。在這項(xiàng)工作中，我們展示了定向GO在碳纖維/環(huán)氧界面上是如何增強(qiáng)碳纖維方向上的能量耗散能力的。用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀測(cè)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(yīng)變)下GO對(duì)CFRPs阻尼性能的影響。結(jié)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(yīng)變范圍內(nèi)的阻尼性能。當(dāng)應(yīng)變?yōu)?.23%，頻率為1 Hz時(shí)，CFRPs (0.0345)的阻尼損失因子增加了113%。在ANSYS中提出了基于應(yīng)變能法的數(shù)值參數(shù)分析方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了多層GO的界面特性。利用GO界面阻尼參數(shù)可以預(yù)測(cè)多層碳納米材料改性復(fù)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(qū)域上EDS映射結(jié)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(guò)EDS繪制出(a)中紅色矩形區(qū)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(jié)果。(d)不同類型CFRP阻尼損失因子的比較。
圖4. CFRP在循環(huán)加載時(shí)，由于纖維/環(huán)氧樹(shù)脂界面變形而導(dǎo)致的GO內(nèi)部多層界面滑動(dòng)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(jié)果。(d)不同類型CFRP阻尼損失因子的比較。
圖6. 應(yīng)變掃描(采樣間隔為0.01%應(yīng)變)(a) Control-CFRP， (b) Desized- CFRP和(c) GO-CFRP的DMA結(jié)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(shù)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(jì)算的GO/基體層的損耗因子。
相關(guān)研究成果由華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Luyang Gong等人于2022年發(fā)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(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
