不同面密度的PVDF电纺纳米纤维膜对CF/EP复合材料层压板的层间断裂韧性的实验研究与数值模拟

作     者：彭焱 韦廖贤 曾塘玉 马传国 

作者机构：桂林电子科技大学材料科学与工程学院 广西电子信息材料构效关系重点实验室 

出 版 物：《复合材料科学与工程》 (Composites Science and Engineering)

年 卷 期：2025年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(12262007) 广西电子信息材料构效关系重点实验室开放研究基金(201018-K) 

主　　题：复合材料 层间断裂韧性 静电纺丝 内聚力单元 

摘      要：本研究探讨了不同面密度的聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜作为增强材料，对碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料层压板层间断裂韧性的提升效果。为此，分别制备了三种不同面密度(9 g/m2、15 g/m、28 g/m)的PVDF电纺纳米纤维膜，并将其插入层压板的层间以进行实验分析。结果显示，面密度为15 g/m的PVDF纳米纤维膜对层压板层间断裂韧性的提升最为显著，相对于未引入纤维膜的层压板，分别提升了I型和II型断裂韧性67%和13%。SEM分析发现，PVDF纳米纤维膜的增韧机制主要包括纤维桥接、拔出和断裂等过程。此外，基于内聚力模型的有限元模拟方法对I型和II型层间断裂行为的数值模拟发现，PVDF纳米纤维膜的加入并未显著改变层间区域的界面强度，而是通过纤维骨架作用有效阻碍了层间裂纹在树脂中的扩展。数值模拟结果与实验结果较为吻合，从而验证了内聚力模型在模拟PVDF纤维膜插层增强CF/EP复合材料层压板层间断裂行为的可行性。