树脂基复合材料（复合材料树脂基层间增韧新材料-纳米纤维聚酰胺薄膜）

树脂基复合材料（复合材料树脂基层间增韧新材料-纳米纤维聚酰胺薄膜）2. 比表面积大：增大了复合材料层间截面的接触范围，使得载荷能够有效从基体向层合板传递而消除应力集中；1. 自由端少：静电纺丝纳米纤维膜具有高长径比和连续性的特点，较少的自由端可以有效传递载荷，减少集中应力产生；纳米纤维增韧膜在预浸料层间区域充当脆性树脂基体的纳米级增强物质(也可兼容增韧树脂)，复合材料结构件在受到压力或冲击时不易发生微小裂纹。确切的说，Xantu.Layr 是树脂的韧性增强剂。 例如：代替树脂中使用的增强颗粒，Xantu.Layr作为树脂韧性增强材料放置于每一层预浸料或者增强纤维之间。使用Xantu. Layr的预浸料，纳米纤维很容易被树脂浸湿，由于增强了疏水性，不会吸收水分，避免基体产生空隙，实验数据证明（附后）可有效提高复合材料层合板的抗分层特性、冲击强度之后的压缩（损伤容限CAI）和抗疲劳特性。第三代复合材料中普及推广了层间增韧的技术， 目前有3种增韧技术用于碳纤维

随着航空航天材料轻量化高性能的发展要求，碳纤维复合材料被越来越多地应用，波音767、777、787，空客A380等飞机的主体结构材料已经大量应用碳纤维复合材料。 因为复合材料成型工艺的特殊性，基体通常采用树脂，树脂的抗冲击性、断裂韧性和分层强度通常较差，所以需要韧性增强材料辅助改善复合材料的抗分层性、损伤容限(CAI)和抗疲劳特性。

Revolution Fibres 研发生产的纳米纤维膜Xantu. Layr是非常精细的纤维材料，采用聚酰胺（PA66）作为原材料，使用静电纺丝工艺，将连续的千米长的纳米纤维沉积到无纺布载体中。 在几乎不增加任何厚度和重量的情况下，改善复合材料的断裂韧性、冲击强度之后的压缩（CAI)和抗疲劳强度

Xantu.Layr适用于复合材料树脂基体，尤其适合需要打孔或剪切的复材结构件。特别适合碳纤维环氧树脂体系的韧性增强，应用到预浸料上更简单，可以与预浸料一起高温固化，Xantu.Layr XLA能够耐受高达260℃的固化温度，Xantu.Layr XLB可以耐受190℃。

常用三种规格，重量分别为1.5gsm 3.0gsm 4.5gsm. 厚度分别为8μm，16μm和24微米，标准宽度为1m，也可根据实际应用进行定制。

纳米纤维增韧膜在预浸料层间区域充当脆性树脂基体的纳米级增强物质(也可兼容增韧树脂)，复合材料结构件在受到压力或冲击时不易发生微小裂纹。确切的说，Xantu.Layr 是树脂的韧性增强剂。 例如：代替树脂中使用的增强颗粒，Xantu.Layr作为树脂韧性增强材料放置于每一层预浸料或者增强纤维之间。使用Xantu. Layr的预浸料，纳米纤维很容易被树脂浸湿，由于增强了疏水性，不会吸收水分，避免基体产生空隙，实验数据证明（附后）可有效提高复合材料层合板的抗分层特性、冲击强度之后的压缩（损伤容限CAI）和抗疲劳特性。

第三代复合材料中普及推广了层间增韧的技术， 目前有3种增韧技术用于碳纤维预浸料，分别为颗粒增韧、薄膜增韧和纳米纤维增韧。纳米纤维增韧膜使得层间附着力强，树脂流动性好，明显优于上述两种增韧方式，同时复合材料的物理和机械性能，如温度、层间剪切强度、弯曲强度和模量、拉伸强度和模量，不会受到纳米纤维膜的影响。

纳米纤维增韧膜Xantu.Layr优势：

1. 自由端少：静电纺丝纳米纤维膜具有高长径比和连续性的特点，较少的自由端可以有效传递载荷，减少集中应力产生；

2. 比表面积大：增大了复合材料层间截面的接触范围，使得载荷能够有效从基体向层合板传递而消除应力集中；

3. 微裂纹偏转：纳米纤维膜可以调节纤维与基体的结合力，使基体产生的微裂纹发生偏转，进而起到增韧的作用；

4. 多孔性好：易分散到复合材料基体与纤维之间，在提高截面粘性的同时提高层合板的层间力学性能。

部分实验数据：

A: 断裂韧性测试(12层单向层压板)

4.5gsm纳米纤维膜显示具有156%的改善，与环氧树脂相比，PA66具有较高的断裂伸长率(分别为30%和4%)，认为纳米纤维膜在层间区域的塑性变形降低了裂纹能量，从而增加了断裂韧性。

纳米纤维膜降低了脆性，增加了环氧树脂在复合材料增强层之间的裂纹吸收特性。

B:抗分层测试(12层单向层压板)

从图表看，复合材料与不同重量的Xantu.Layr 交错 可以看出，所有的纳米纤维膜的断裂韧性都被显著提高了，其中4.5g/m2纳米纤维膜的断裂韧性提高了69%。

分层不良是剪切和拉伸微裂纹共同作用的结果，纳米纤维增韧膜在断裂过程中起到了桥梁连接中间层微裂纹的作用。这种桥梁连接吸收了裂纹能量，只要纳米纤维膜与基体树脂连接完好，具有相对较高抗拉强度的纳米纤维膜将会提高树脂的强度，并且会更好的抵御这些微小裂纹的开口，避免更严重的分层。

C:冲击强度后的压缩（CAI）测试(16层层压板)

由图表可以看出，与XT layr交错后的层合板的CAI 在一系列的冲击能量下得到了很大了提高。从图表还可以看出纳米纤维膜层合板在接近30J CAI强度，而没有交错的层合板的CAI在10J， 充分证明了损伤容限能力显著提高。

CAI强度的提高因为纳米纤维膜降低了层合板遭受冲击后的分层，交错的纳米纤维膜使基体中的裂纹偏转，并在冲击和压缩试验中吸收裂纹能量，控制裂纹扩展。同时桥梁连接的作用也可以限制裂纹扩展，降低整体损伤程度，从而提高CAI强度。

D:拉伸疲劳测试(16层层压板)

由图表可以看出，复合材料的疲劳寿命可以通过将层合板与4.5 g/m2 XT layr纳米纤维膜交错放置显著提高。循环应力为450MPa的交错层合板的性能提高了394%。

疲劳寿命的提高主要是由于纳米纤维膜在复合材料富含树脂的夹层中的韧性增强作用，如本文前面所述。由于交错的纳米纤维膜延迟了基体开裂和分层，复合材料的强度在材料的完整性被破坏之前可以保持更长时间。

实验证明，聚酰胺（PA66）纳米纤维增韧膜Xantu. Layr 在几乎不增加重量和厚度的情况下，有效改善复合材料韧性，适用于复合材料树脂基体，尤其是碳纤维环氧树脂机体结构件，在局部打孔或剪切是起到增韧无裂纹的作用。用于航空航天碳纤维结构体、风电叶片、复合材料枪筒、体育竞技（如钓鱼竿、滑雪板），医疗领域等复合材料树脂基结构产品中。

环氧树脂基复合材料因具有比强度高、比模量大、结构整体性好、可设计性强、耐疲劳性好、可修复性强及安全性好等优点而应用于航空产品结构件上 因此，提升碳纤维增强树脂基复合材料的韧性性能是航空复合材料领域永恒的研究主题。Revolution Fibres率先将纳米纤维膜带入复合材料市场并实现商业化量产，纳米纤维膜作为创新型的增韧技术，将推动复合材料的发展进程。

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