[發明專利]一種仿龍蝦角質層結構與功能的纖維復合材料

有效

• 申請號: 202110046319.8
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112874032B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 韓奇鋼;史明狄;韓志武
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B32B5/02
• 分類號: B32B5/02;B32B5/26;B32B27/06;B32B27/12
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張冉昕

本發明公開了一種仿龍蝦角質層結構與功能的纖維復合材料，所述纖維復合材料基于龍蝦角質層非線性螺旋鋪排結構，由纖維樹脂層螺旋鋪疊而成，所述螺旋纖維樹脂層沿中心軸按非線性旋轉角度交替鋪疊，其中第n組螺旋纖維樹脂層數小于第n+1組螺旋纖維樹脂層數，n≥1，n為奇數。本發明的仿龍蝦角質層結構與功能的纖維復合材料，仿照龍蝦角質層的非線性纖維鋪排結構，可良好的抵抗纖維復合材料所受的剪切力，由于纖維非線性螺旋鋪排，相鄰層間裂紋方向會發生改變，提高該結構抗沖擊性能以及抗裂紋性能。

技術領域

本發明涉及新材料領域中的復合材料技術，尤其涉及一種仿龍蝦角質層結構與功能的纖維復合材料。

背景技術

隨著航天領域、汽車技術的飛速發展，對于輕質、抗裂紋性能的材料要求越來越高。其中，纖維復合材料具有質量輕、力學性能好等特點，在現代各種工程技術領域的應用越來越廣泛。

由于傳統的纖維復合材料的鋪排結構較為單一，與金屬材料相比，其抵抗裂紋的性能難以找到有效的方法提升，且強度較差。而汽車、飛機等速度較高的交通工具往往要求的抵抗裂紋性能較高。因此，如何使纖維復合材料在滿足高抗裂紋性能的前提下實現輕量化，是我們當今工程材料所面臨的首要問題。

科研人員在仿生學研究過程中發現自然界的某些生物結構具有良好的抵抗裂紋、強度高等特殊的優異性能，其中：龍蝦角質層非線性旋轉角度和上部螺旋纖維樹脂層數小于下部螺旋纖維樹脂層數的纖維鋪排結構具有良好的抗裂紋性能及層間韌性。

因此，通過對龍蝦的結構特性研究與分析，為得到一種新型的纖維鋪排結構提供了良好的思路；通過對其生物特性進行仿生，為仿生纖維復合材料的鋪排結構提供了良好的方法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種仿龍蝦角質層結構與功能的纖維復合材料，通過采用仿生的纖維鋪排結構，提高纖維復合材料的抗裂紋性能及強度。

本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下：

本發明提供了一種仿龍蝦角質層結構與功能的纖維復合材料，所述纖維復合材料基于龍蝦角質層非線性螺旋鋪排結構，由纖維樹脂層螺旋鋪疊而成，所述螺旋纖維樹脂層沿中心軸按非線性旋轉角度交替鋪疊，其中第n組螺旋纖維樹脂層數小于第n+1組螺旋纖維樹脂層數，n≥1，n為奇數。

進一步地，所述螺旋纖維樹脂層的旋轉角度x滿足螺旋-震蕩函數

進一步地，所述螺旋纖維樹脂層的螺旋角度y滿足螺旋-遞增函數

進一步地，所述螺旋纖維樹脂層的螺旋角度z滿足螺旋-指數函數 z_i＝cⁱ，i＝1，2，3......，2≤c≤3。

進一步地，每組螺旋纖維樹脂層為順時針螺旋鋪排或逆時針螺旋鋪排。

進一步地，每組螺旋纖維樹脂層同為順時針螺旋鋪排或同為逆時針螺旋鋪排。

進一步地，每組螺旋纖維樹脂層能夠以相同底數的同一螺旋函數螺旋鋪排。

進一步地，每組螺旋纖維樹脂層能夠以不同底數的同一螺旋函數螺旋鋪排。

進一步地，每組螺旋纖維樹脂層能夠以不同螺旋函數螺旋鋪排。

進一步地，第n組螺旋纖維樹脂層與第n+1組螺旋纖維樹脂層組成一組遞增螺旋纖維樹脂層組，n≥1，n為奇數。

本發明的有益效果為：

1、本發明的仿龍蝦角質層結構與功能的纖維復合材料，仿照龍蝦角質層的非線性纖維鋪排結構，可良好的抵抗纖維復合材料所受的剪切力，由于纖維非線性螺旋鋪排，相鄰層間裂紋方向會發生改變，提高該結構抗沖擊性能以及抗裂紋性能。