О степени переноса трещиностойкости от 1D/2D-наномодифицированных эпоксидных матриц к стекловолоконным композитам

В данном исследовании изучено влияние добавления нанонаполнителей в эпоксидную смолу (EP), используемую в качестве матрицы в стекловолокнистых полимерных композитах (GFRP). Были использованы 1D- и 2D-нанонаполнители, а именно: (1) углеродные нанотрубки (CNT), (2) графеновые нанопластинки с небольшим числом слоёв (GNP), а также гибридные комбинации (3) CNT и нанослоёв нитрида бора и (4) GNP и нанотрубок нитрида бора (BNNT). Испытания на растяжение показали увеличение до приблизительно 25% поперечной жёсткости в направлении, нормальном к направлению волокон, для GFRP с матрицами «EP + CNT» и «EP + BNNT + GNP» по сравнению с композитами с немодифицированной эпоксидной смолой («EP»). Испытания на трещиностойкость в модах I и II проводили соответственно с использованием методов двойной консольной балки (DCB) и изгиба с концевой трещиной (ENF). В квазистатических испытаниях в моде I значения начальной межслойной трещиностойкости, $G_{\text{IC}}^{\text{C}}$, для GFRP-композитов показали, что перенос трещиностойкости матрицы в соответствующий GFRP-композит был наибольшим для GFRP-композита с GNP в матрице. В этом случае был зарегистрирован коэффициент переноса трещиностойкости (CTT), определяемый как отношение начальной межслойной трещиностойкости в моде I композита к трещиностойкости объёмной полимерной матрицы, равный 0,68. Наибольшие абсолютные значения межслойной трещиностойкости в моде I при зарождении трещины были достигнуты для GFRP-композитов с эпоксидными матрицами, модифицированными гибридными комбинациями нанонаполнителей. Наибольшее значение CTT при установившемся распространении трещины составляло приблизительно 2 для всех типов GFRP. Фрактографический анализ поверхностей композитов после испытаний образцов DCB и ENF показал, что разрушение происходило по смешанному механизму, включавшему когезионное разрушение (через матрицу) и межфазное разрушение (вдоль границы раздела волокно/матрица), в зависимости от типа использованных нанонаполнителей.