热氧环境下石墨烯改性复合材料的冲击性能优化

图2-63（a）和（b）分别为未老化的BGC和BC的Fmax和冲击强度。从图2-63（a）可以看到BGC和BC的Fmax分别为18.1MN/m2和16.3MN/m2。从图2-63（b）可以看到BGC和BC的冲击强度分别为192.5kJ/m2和161.4kJ/m2。与BC相比，BGC的Fmax和冲击强度分别提高了11%和19.3%。这应归功于石墨烯增强的梯度界面层，其增强机理与上节增强弯曲强度和剪切强度的机理相同。

图2-63　未老化的BGC和BC试样单位面积的最大载荷和冲击强度

为了观测石墨烯增强的梯度界面层对热氧老化后复合材料冲击性能的影响，笔者做了BGC在140℃老化不同时间后的冲击试验。表2-7为BGC在140℃老化不同时间后单位面积的最大载荷和冲击强度的实验值。为了与未添加石墨烯的BC进行比较，对表2-7中Fmax和冲击强度的数据进行了性能保留率计算，如图2-64所示。从图2-64可以看到两种复合材料的Fmax和冲击强度保留率都随着老化时间的延长而下降。

表2-7　BGC在140℃老化不同时间后单位面积的最大载荷和冲击强度的实验值

图2-64　BGC和BC在140℃老化后单位面积的最大冲击载荷保留率和冲击强度保留率与老化时间的关系(www.xing528.com)

图2-65为老化前后的BC试样和BGC试样冲击试验后的侧面显微照片。对比两种复合材料老化前后的破坏形貌发现，每种复合材料老化后裂纹开日都变大，这说明热氧老化导致纤维/基体界面性能的退化。图2-66为老化前后的BC试样和BGC试样冲击试验后受压面的显微照片。对比两种复合材料各自老化前后的照片发现，老化后的受压面上纤维断裂数量明显增多，这应该是热氧老化导致基体树脂脆化造成的。因此，老化后Fmax和冲击强度的减小应归因于基体和纤维/基体界面性能退化。然而，在相同的老化条件下，两种复合材料的下降程度并不相同。老化1200h后，BGC的Fmax保留率为88.8%，比BC的83.8%增大了5%。相应的BGC冲击强度的保留率为93.9%，比BC的90.8%增大了3.1%。对比图2-65（b）和（d）发现，BGC冲击后侧面裂纹宽度相对BC小一些。这说明石墨烯增强的BGC界面老化情况没有BC严重，或者是石墨烯增强的梯度界面层可以有效地抵抗裂纹的扩展。石墨烯增强的梯度界面层对BC在热氧老化下冲击性能的增强机理与上节中石墨烯增强的梯度界面层对弯曲性能和剪切性能的增强机理相同。

图2-65　未老化和在140℃老化1200h的BC和BGC试样冲击后的侧面显微照片

图2-66　未老化和在140℃老化1200h的BC试样和BGC试样冲击后的受压面的显微照片