一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料及其制备方法，包括：若干纤维铺层组，每个纤维铺层组均包括若干纤维层，若干纤维铺层组沿铺层方向呈周期性螺旋铺排，相邻纤维铺层组间具有周期性变化的螺旋转角，同一纤维铺层组中各个纤维层间具预设角度差异。本发明专利技术的复合材料由于相邻纤维铺层组以及同一纤维铺层组内纤维层间的铺层角度差异，当复合材料受到外界冲击载荷时，纤维铺层组的旋转，同一纤维铺层组内纤维滑移、纤维桥接、纤维拉伸吸收了冲击能量，有效阻止了裂纹在纤维层间的扩展，同时纤维铺层组周期性变化的螺旋转角，满足了纤维铺层设计中的对称性准则，有效解决了传统纤维复合材料铺层角度单一，层间抗冲击韧性不足的难题。韧性不足的难题。韧性不足的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，尤其涉及一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]纤维增强复合材料具有比强度高、比模量大，材料性能可设计性强、抗腐蚀性和耐久性能好等诸多优势，能够满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需求，同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求，因此被越来越广泛地应用于航空航天、轨道交通、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。
[0003]传统纤维增强复合材料铺层角度单一，裂纹损伤极易在层间传递，造成纤维增强复合材料的层间抗冲击韧性明显不足，在受到冲击载荷时易发生层间剥离、纤维断裂、纤维树脂脱黏等一系列冲击损伤。
[0004]因此，现有技术有待于进一步的改进。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术中的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料及其制备方法，克服传统纤维增强复合材料铺层角度单一，在受到冲击载荷时易发生层间剥离、纤维断裂、纤维树脂脱黏等冲击损伤的问题。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其中，包括：若干纤维铺层组，每个所述纤维铺层组均包括若干纤维层，若干所述纤维铺层组沿铺层方向呈周期性螺旋铺排，相邻所述纤维铺层组间具有周期性变化的螺旋转角，同一所述纤维铺层组中各个所述纤维层间具有预设角度差异。
[0008]所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其中，各个所述纤维铺层组中具有相同层序的纤维层沿铺层方向呈周期性螺旋铺排。
[0009]所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其中，各个所述纤维铺层组中具有相同层序的纤维层对应的螺旋周期和螺旋转角与若干所述纤维铺层组对应的螺旋周期和螺旋转角相同。
[0010]所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其中，若干所述纤维铺层组对应的螺旋周期为180
°
的整数倍，若干所述纤维铺层组对应的周期数大于或者等于1。
[0011]所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其中，若干所述纤维铺层组对应的螺旋转角为0
°
～90
°
。
[0012]所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其中，所述预设角度差异为0
°
～90
°
，各个所述纤维组中的纤维层的层数为非零自然数。
[0013]所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其中，所述纤维层中的纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种或多种。
[0014]一种所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的制备方法，其中，包括步骤：
[0015]剪裁出具有不同纤维角度的若干单层纤维布，并将若干所述单层纤维布经树脂浸润；
[0016]通过手工铺排的方式将树脂浸润后的若干所述单层纤维布按照预设角度差异依次铺覆，得到若干纤维铺层组；
[0017]通过手工铺排的方式将若干所述纤维铺层组按照预设螺旋转角和预设螺旋周期依次铺覆，并将铺覆好的若干所述纤维铺层组放入模具型腔内；
[0018]将所述模具型腔内呈周期性螺旋铺排的若干所述纤维铺层组在预设温度、预设压力以及预设时间下进行热压成型，得到纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料。
[0019]所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的制备方法，其中，所述树脂为热固性树脂或热塑性树脂。
[0020]所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的制备方法，其中，所述预设温度、所述预设压力、所述预设时间以及所述热压成型时使用的固化剂种类根据所述单层纤维布的纤维类型和所述树脂类型确定。
[0021]有益效果，本专利技术提供了一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料及其制备方法，本专利技术的复合材料由于相邻纤维铺层组以及同一纤维铺层组内纤维层间的铺层角度差异，当复合材料受到外界冲击载荷时，纤维铺层组的旋转，同一纤维铺层组内纤维滑移、纤维桥接、纤维拉伸吸收了冲击能量，有效阻止了裂纹在纤维层间的扩展，同时纤维铺层组周期性变化的螺旋转角，满足了纤维铺层设计中的对称性准则，保证了设计的科学性和合理性，有效解决了传统纤维复合材料铺层角度单一，层间抗冲击韧性不足的难题。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例提供的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料为单周期纤维三螺旋铺排结构时的结构示意图；
[0023]图2是图1中纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的主视图；
[0024]图3是图1中纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的俯视图；
[0025]图4是图1中纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的纤维铺层组的结构示意图；
[0026]图5是图4中纤维铺层组的主视图；
[0027]图6是图4中纤维铺层组的俯视图；
[0028]图7是本专利技术实施例提供的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料为单周期纤维双螺旋铺排结构时的结构示意图；
[0029]图8是图7中纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的主视图；
[0030]图9是图7中纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的俯视图；
[0031]图10是图7中纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料的纤维铺层组的结构示意图；
[0032]图11是图10中纤维铺层组的主视图；
[0033]图12是图10中纤维铺层组的俯视图；
[0034]图13是纤维铺层组中具有相同层序的纤维层构成的单螺旋结构示意图；
[0035]图14是纤维铺层组中具有相同层序的纤维层构成的单螺旋结构主视图；
[0036]图15是纤维铺层组中具有相同层序的纤维层构成的单螺旋结构俯视图。
具体实施方式
[0037]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0038]传统纤维复合材料铺层角度单一，裂纹损伤极易在层间传递，造成纤维增强复合材料的层间抗冲击韧性不足，在受到冲击载荷时易发生层间剥离、纤维断裂、纤维树脂脱黏等一系列冲击损伤。传统纤维增强复合材料零部件铺排结构吸能抗冲表现进入瓶颈期，亟需寻求新型铺排结构方案以改善吸能抗冲表现。
[0039]腔棘鱼是一种深海鱼类，距今已有3.5亿年的历史，其体表覆盖着一层厚厚的鱼鳞铠甲，使其能够承受深海的巨大压力和抵御捕食者的捕食。专利技术人研究发现，腔棘鱼优异的抗冲击能力，得益于其鳞片中的双螺旋片状纤维结构，这些片状结构以一定角度螺旋排列，在受到外界的冲击载荷时，纤维层的旋转、同一纤维层内的的纤维滑移、纤维桥接、纤维拉伸吸收了冲击能量，有效阻止了裂纹在层间的扩展。生物这种通过纤维螺旋铺排增强其抗冲击韧性的方式，为实现纤维复合材料铺层设计，提高抗冲击韧性，提供了良好的思路。
[0040]受自然界中腔棘鱼鳞片中的双螺旋片状纤维结构启示，为了解决传统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其特征在于，包括：若干纤维铺层组，每个所述纤维铺层组均包括若干纤维层，若干所述纤维铺层组沿铺层方向呈周期性螺旋铺排，相邻所述纤维铺层组间具有周期性变化的螺旋转角，同一所述纤维铺层组中各个所述纤维层间具有预设角度差异。2.根据权利要求1所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其特征在于，各个所述纤维铺层组中具有相同层序的纤维层沿铺层方向呈周期性螺旋铺排。3.根据权利要求2所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其特征在于，各个所述纤维铺层组中具有相同层序的纤维层对应的螺旋周期和螺旋转角与若干所述纤维铺层组对应的螺旋周期和螺旋转角相同。4.根据权利要求3所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其特征在于，若干所述纤维铺层组对应的螺旋周期为180
°
的整数倍，若干所述纤维铺层组对应的周期数大于或者等于1。5.根据权利要求3所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其特征在于，若干所述纤维铺层组对应的螺旋转角为0
°
～90
°
。6.根据权利要求1所述的纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料，其特征在于，所述预设角度差异为0
°
～90

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志武，王宇飞，张芷嫣，张斌杰，宋文达，李玉姣，张爽，韩奇钢，穆正知，李博，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：