硅粉填充改性GFRP的力学性能及其增强机理

摘要

基于真空辅助树脂传递模塑（VARTM）工艺，采用微米硅粉对玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合材料进行填充改性，探究硅粉质量分数对GFRP弯曲强度、短梁剪切强度和V型缺口梁面内剪切强度的影响规律，并通过扫描电子显微镜（SEM）和动态热机械分析仪（DMA）揭示其增强和耐热性机理。结果表明：当硅粉质量分数为1.0%时，复合材料弯曲强度、短梁剪切强度和面内剪切强度较未改性材料分别提高了22%,23%,17.4%，玻璃化转变温度（T_g）提高了3.8℃；此时硅颗粒在树脂基体中分散较为均匀，与玻璃纤维黏附性较好，起到“机械啮合”作用，有效提升了材料强度。同时，均匀分散的无机粒子可引发裂纹偏转，延缓裂纹扩展及宏观裂纹的产生，从而提高复合材料的韧性。当硅粉质量分数进一步增大时，硅粉颗粒会发生团聚，减弱了纤维/树脂的界面结合，导致复合材料强度不增反降。无机粒子的引入增大了环氧树脂链的交联密度，提高了树脂体系的热容和热导率，进而提高了复合材料的耐热性。

关键词

玻璃纤维聚合物 / 无机粒子 / 增强机理 / 耐热性