[發(fā)明專利]一種纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110052983.3
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112810258B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓志武;王宇飛;張芷嫣;張斌杰;宋文達;李玉姣;張爽;韓奇鋼;穆正知;李博
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B17/04;B32B17/12;B32B27/02;B32B27/34;B32B27/12;B32B5/12;B32B37/06;B32B37/10;B32B38/08
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 朱陽波

本發(fā)明提供了一種纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料及其制備方法，包括：若干纖維鋪層組，每個纖維鋪層組均包括若干纖維層，若干纖維鋪層組沿鋪層方向呈周期性螺旋鋪排，相鄰纖維鋪層組間具有周期性變化的螺旋轉(zhuǎn)角，同一纖維鋪層組中各個纖維層間具預設(shè)角度差異。本發(fā)明的復合材料由于相鄰纖維鋪層組以及同一纖維鋪層組內(nèi)纖維層間的鋪層角度差異，當復合材料受到外界沖擊載荷時，纖維鋪層組的旋轉(zhuǎn)，同一纖維鋪層組內(nèi)纖維滑移、纖維橋接、纖維拉伸吸收了沖擊能量，有效阻止了裂紋在纖維層間的擴展，同時纖維鋪層組周期性變化的螺旋轉(zhuǎn)角，滿足了纖維鋪層設(shè)計中的對稱性準則，有效解決了傳統(tǒng)纖維復合材料鋪層角度單一，層間抗沖擊韌性不足的難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

纖維增強復合材料具有比強度高、比模量大，材料性能可設(shè)計性強、抗腐蝕性和耐久性能好等諸多優(yōu)勢，能夠滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、輕質(zhì)高強以及在惡劣條件下工作發(fā)展的需求，同時也能滿足現(xiàn)代建筑施工工業(yè)化發(fā)展的要求，因此被越來越廣泛地應(yīng)用于航空航天、軌道交通、橋梁、公路、海洋、水工結(jié)構(gòu)以及地下結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域中。

傳統(tǒng)纖維增強復合材料鋪層角度單一，裂紋損傷極易在層間傳遞，造成纖維增強復合材料的層間抗沖擊韌性明顯不足，在受到?jīng)_擊載荷時易發(fā)生層間剝離、纖維斷裂、纖維樹脂脫黏等一系列沖擊損傷。

因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于進一步的改進。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料及其制備方法，克服傳統(tǒng)纖維增強復合材料鋪層角度單一，在受到?jīng)_擊載荷時易發(fā)生層間剝離、纖維斷裂、纖維樹脂脫黏等沖擊損傷的問題。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

一種纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料，其中，包括：若干纖維鋪層組，每個所述纖維鋪層組均包括若干纖維層，若干所述纖維鋪層組沿鋪層方向呈周期性螺旋鋪排，相鄰所述纖維鋪層組間具有周期性變化的螺旋轉(zhuǎn)角，同一所述纖維鋪層組中各個所述纖維層間具有預設(shè)角度差異。

所述的纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料，其中，各個所述纖維鋪層組中具有相同層序的纖維層沿鋪層方向呈周期性螺旋鋪排。

所述的纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料，其中，各個所述纖維鋪層組中具有相同層序的纖維層對應(yīng)的螺旋周期和螺旋轉(zhuǎn)角與若干所述纖維鋪層組對應(yīng)的螺旋周期和螺旋轉(zhuǎn)角相同。

所述的纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料，其中，若干所述纖維鋪層組對應(yīng)的螺旋周期為180°的整數(shù)倍，若干所述纖維鋪層組對應(yīng)的周期數(shù)大于或者等于1。

所述的纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料，其中，若干所述纖維鋪層組對應(yīng)的螺旋轉(zhuǎn)角為0°～90°。

所述的纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料，其中，所述預設(shè)角度差異為0°～90°，各個所述纖維組中的纖維層的層數(shù)為非零自然數(shù)。

所述的纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料，其中，所述纖維層中的纖維為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維中的一種或多種。

一種所述的纖維螺旋鋪排仿生抗沖擊復合材料的制備方法，其中，包括步驟：

剪裁出具有不同纖維角度的若干單層纖維布，并將若干所述單層纖維布經(jīng)樹脂浸潤；

通過手工鋪排的方式將樹脂浸潤后的若干所述單層纖維布按照預設(shè)角度差異依次鋪覆，得到若干纖維鋪層組；

通過手工鋪排的方式將若干所述纖維鋪層組按照預設(shè)螺旋轉(zhuǎn)角和預設(shè)螺旋周期依次鋪覆，并將鋪覆好的若干所述纖維鋪層組放入模具型腔內(nèi)；