Polyetherimide nanofiber membranes imultaneously enhance interlaminar toughness and in-plane mechanical properties of CF/EP composites prepared by VARI process

Zehao YANG, Bo NING, Zhengguo CHEN, Xuehong XU, Weiping LIU, Yi XUE, Yong LIU, Hui ZHANG, Jianyong YU

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Journal of Materials Engineering ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (2) : 202-212. DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000430
RESEARCH ARTICLE

Polyetherimide nanofiber membranes imultaneously enhance interlaminar toughness and in-plane mechanical properties of CF/EP composites prepared by VARI process

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Abstract

This study investigates the influence and underlying microstructural mechanisms of electrospun polyetherimide （PEI） nanofiber membranes on the interlaminar toughness and in-plane mechanical properties of vacuum-assisted resin infusion （VARI） process molded carbon fiber/epoxy （CF/EP） composites. It is founded that PEI nanofiber membranes exhibit good wettability with epoxy resin and do not impede resin flow. PEI nanofiber membranes are suitable for the VARI process under the conditions of a 70 ℃ resin infusion temperature and infusion time less than 30 min. Furthermore， they are dissolved completely within 6 minutes at the resin curing temperature of 120 ℃. Incorporation of PEI nanofiber membranes enhances the interlaminar toughness and in-plane mechanical properties of CF/EP composites. Interleaving 15 g/m2 PEI nanofiber membrane in CF/EP composites increases the mode Ⅰ interlaminar fracture toughness， mode Ⅱ interlaminar fracture toughness， and interlaminar shear strength by 55.1%， 65.4%， and 12.2%， respectively. Introducting a 20 g/m2 PEI nanofiber membrane in CF/EP composites enhances the flexural strength and modulus by 10.6% and 9.3%， respectively. Moreover， adopting a 10 g/m2 PEI nanofiber membrane enhances the compression strength and modulus of CF/EP composites by 24.3% and 18.9%， respectively. The in-situ dissolution of PEI nanofiber membranes and the reaction induce phase separation during epoxy resin curing lead to a homogeneous PEI/epoxy resin bi-phase structure in the interlaminar region of CF/EP composites. These structures enhance the resistance to crack propagation and the load transfer capability of the interlaminar resin matrix， probably improvement in interlaminar toughness and in-plane mechanical properties of CF/EP composites.

Key words

carbon fiber reinforced epoxy matrix composite / vacuum-assisted resin infusion / polyetherimide / nanofiber membrane / interlaminar toughness / in-plane mechanical property

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Zehao YANG , Bo NING , Zhengguo CHEN , et al . Polyetherimide nanofiber membranes imultaneously enhance interlaminar toughness and in-plane mechanical properties of CF/EP composites prepared by VARI process. Journal of Materials Engineering. 2025, 53(2): 202-212 https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000430

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