碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）復(fù)合材料作為一類(lèi)先進(jìn)材料，憑借其卓越的力學(xué)性能脫穎而出，具體表現(xiàn)為剛度優(yōu)異、比強(qiáng)度高，且具備出色的抗腐蝕與抗疲勞特性。得益于輕量化優(yōu)勢(shì)及極端環(huán)境適應(yīng)能力，這類(lèi)復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于體育器材、汽車(chē)制造、土木工程及航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。隨著CFRP技術(shù)的持續(xù)革新，其正以高性能、可持續(xù)的解決方案重塑工程設(shè)計(jì)理念，為眾多行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展開(kāi)辟全新路徑。

阿拉·穆沙伊赫（Alaa Al Mushaikeh）等人在研究中探討了碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）的制備工藝、碳纖維回收技術(shù)及其在各行業(yè)的多元應(yīng)用潛力。CFRTP融合了碳纖維輕量化、高強(qiáng)度的核心優(yōu)勢(shì)與熱塑性材料的多功能性及可回收性，成為先進(jìn)工程解決方案的優(yōu)選材料之一。不過(guò)，該材料在成本控制、生產(chǎn)效率及回收工藝復(fù)雜性等方面仍面臨挑戰(zhàn)，這些問(wèn)題的解決是其充分釋放應(yīng)用潛力的關(guān)鍵。

蘇貝達(dá)爾（Subhedar）等人則聚焦纖維取向?qū)FRP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，重點(diǎn)研究了不同層合板結(jié)構(gòu)配置對(duì)材料強(qiáng)度、剛度及柔韌性的作用機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)試多種纖維角度與鋪層方式的復(fù)合層合板，深入分析了材料在不同載荷條件下的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律，為工程應(yīng)用提供了重要參考。此次研究專(zhuān)門(mén)考察了0°、45°、90°三種單一纖維取向及多種角度組合的交叉鋪層結(jié)構(gòu)，旨在明確纖維排列方式對(duì)復(fù)合材料性能的影響機(jī)理，這對(duì)優(yōu)化CFRP在工程實(shí)踐中的應(yīng)用具有重要意義。

馬揚(yáng)克（Mayank）與普拉巴卡蘭（Prabhakaran）在研究中探究了纖維上漿處理對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，強(qiáng)調(diào)該工藝在改善纖維-基體界面結(jié)合方面的關(guān)鍵作用。纖維上漿是指對(duì)碳纖維表面進(jìn)行處理或涂覆涂層，其核心目的是增強(qiáng)碳纖維與周?chē)酆衔锘w的結(jié)合力。而纖維與基體的界面結(jié)合狀態(tài)直接決定了復(fù)合材料的整體力學(xué)性能，包括強(qiáng)度、剛度及耐久性等關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)定制化的表面處理工藝，制造商能夠生產(chǎn)出強(qiáng)度與可靠性更優(yōu)的材料，滿(mǎn)足航空航天、汽車(chē)制造及結(jié)構(gòu)工程等高端領(lǐng)域的應(yīng)用需求。

梅爾泰姆（Meltem）與哈桑（Hasan）在一項(xiàng)詳細(xì)綜述研究中指出，CFRP復(fù)合材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能著稱(chēng)，涵蓋高剛度、高強(qiáng)度及出色的抗疲勞性等特點(diǎn)。在CFRP結(jié)構(gòu)中，碳纖維作為主要承力組分，而通常由樹(shù)脂制成的基體則起到固定纖維、保護(hù)纖維并傳遞纖維間載荷的作用。這一結(jié)構(gòu)特性使得CFRP在諸多應(yīng)用場(chǎng)景中表現(xiàn)優(yōu)于鋼材、混凝土等傳統(tǒng)材料，尤其在對(duì)高比強(qiáng)度與耐久性有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域更具優(yōu)勢(shì)。

阿卜杜拉（Abdullah）等人的研究聚焦CFRP復(fù)合材料，重點(diǎn)對(duì)比了其相較于傳統(tǒng)材料的力學(xué)與熱學(xué)優(yōu)勢(shì)。CFRP具備高強(qiáng)度、輕量化、抗疲勞性強(qiáng)及熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)，是航空航天、汽車(chē)等對(duì)材料性能要求嚴(yán)苛領(lǐng)域的理想選擇。在這些行業(yè)中，CFRP已被廣泛應(yīng)用于需要在極端條件下保持精度、耐久性與高性能的零部件制造。然而，盡管優(yōu)勢(shì)顯著，CFRP的機(jī)加工難度較大，這一問(wèn)題對(duì)確保最終零部件的質(zhì)量與精度至關(guān)重要，尤其在量產(chǎn)型生產(chǎn)領(lǐng)域更為突出。

森蒂爾（Senthil）等人針對(duì)填料在纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料力學(xué)性能中的作用開(kāi)展綜述研究，其得出的重要結(jié)論為本次研究提供了核心思路。在聚合物基體中添加硬質(zhì)填料時(shí)，填料的化學(xué)性質(zhì)、尺寸、結(jié)構(gòu)及形狀等特性會(huì)顯著影響復(fù)合材料的基體相行為，通過(guò)增大表面積與優(yōu)化界面邊界，進(jìn)而增強(qiáng)基體與增強(qiáng)體之間的結(jié)合力。這些硬質(zhì)填料的力學(xué)特性能夠提升復(fù)合層合板在各類(lèi)載荷作用下的承載能力。

總體而言，CFRP的比強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼材、鋁材等傳統(tǒng)材料，使其成為需在不犧牲強(qiáng)度前提下實(shí)現(xiàn)減重目標(biāo)的理想選擇。與金屬材料不同，CFRP在接觸水分或化學(xué)品時(shí)不會(huì)發(fā)生腐蝕，因此適用于惡劣環(huán)境條件下的應(yīng)用。目前，CFRP層合板已大量應(yīng)用于各類(lèi)結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，其層間剪切性能與彎曲性能的重要性愈發(fā)凸顯?；谶@一背景，本研究嘗試將氧化鋁微粒與環(huán)氧樹(shù)脂混合，探究其對(duì)CFRP力學(xué)性能的提升效果，這一研究有望填補(bǔ)相關(guān)領(lǐng)域的研究空白，為該領(lǐng)域的學(xué)者與研究人員提供有價(jià)值的參考。

研究以碳纖維氈和環(huán)氧樹(shù)脂為原料制備CFRP層合板，并將氧化鋁（Al2O3）微粒作為填充材料，按0%至4%的不同重量分?jǐn)?shù)與環(huán)氧樹(shù)脂混合，用于CFRP層合板的制備。研究的核心目標(biāo)是通過(guò)對(duì)多種物理及力學(xué)性能的表征，探究氧化鋁微粒對(duì)層合板力學(xué)性能的影響。具體研究結(jié)論如下：

掃描電鏡觀察結(jié)果顯示，氧化鋁微粒在層合板的基體中分布均勻，未出現(xiàn)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，且碳纖維與樹(shù)脂顆粒的形態(tài)清晰可辨。密度更高、硬度更大的氧化鋁使CFRP層合板的整體密度顯著提升，其中未添加氧化鋁（0%）的CFRP試樣孔隙率最高，約為32%，而添加4%氧化鋁的試樣孔隙率最低。氧化鋁微粒具有不規(guī)則結(jié)構(gòu)與較大比表面積，這一特性有效提高了復(fù)合材料的質(zhì)量密度，同時(shí)降低了孔隙率。

硬度測(cè)試結(jié)果表明，添加4%氧化鋁的CFRP層合板硬度達(dá)到最大值39.72千克力/平方毫米，相較于未添加氧化鋁的試樣提升約60%。這一提升源于較高重量分?jǐn)?shù)的陶瓷填料引發(fā)的應(yīng)變硬化效應(yīng)增強(qiáng)。隨著氧化鋁微粒重量分?jǐn)?shù)的增加，CFRP層合板的吸水率呈逐步下降趨勢(shì)；且在蒸餾水與0.9%氯化鈉溶液兩種環(huán)境中，層合板的吸水率存在顯著差異。

在力學(xué)性能方面，添加氧化鋁微粒后，CFRP層合板的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及層間剪切強(qiáng)度均得到顯著提升，但在氧化鋁重量分?jǐn)?shù)為1%和3%時(shí)，拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)下降，這可能與基體中氧化鋁微粒發(fā)生局部團(tuán)聚有關(guān)。氧化鋁微粒的加入增大了層合板內(nèi)部的晶界表面積，進(jìn)而增強(qiáng)了碳纖維與基體的結(jié)合效果，提升了層合板的剪切承載能力。然而，硬質(zhì)陶瓷氧化鋁微粒的引入會(huì)顯著降低材料的延展性與柔韌性，導(dǎo)致層合板的韌性急劇下降，最終使沖擊強(qiáng)度大幅降低。