[发明专利]一种仿龙虾角质层结构与功能的纤维复合材料

说明书

本发明公开了一种仿龙虾角质层结构与功能的纤维复合材料，所述纤维复合材料基于龙虾角质层非线性螺旋铺排结构，由纤维树脂层螺旋铺叠而成，所述螺旋纤维树脂层沿中心轴按非线性旋转角度交替铺叠，其中第n组螺旋纤维树脂层数小于第n+1组螺旋纤维树脂层数，n≥1，n为奇数。本发明的仿龙虾角质层结构与功能的纤维复合材料，仿照龙虾角质层的非线性纤维铺排结构，可良好的抵抗纤维复合材料所受的剪切力，由于纤维非线性螺旋铺排，相邻层间裂纹方向会发生改变，提高该结构抗冲击性能以及抗裂纹性能。

技术领域

本发明涉及新材料领域中的复合材料技术，尤其涉及一种仿龙虾角质层结构与功能的纤维复合材料。

背景技术

随着航天领域、汽车技术的飞速发展，对于轻质、抗裂纹性能的材料要求越来越高。其中，纤维复合材料具有质量轻、力学性能好等特点，在现代各种工程技术领域的应用越来越广泛。

由于传统的纤维复合材料的铺排结构较为单一，与金属材料相比，其抵抗裂纹的性能难以找到有效的方法提升，且强度较差。而汽车、飞机等速度较高的交通工具往往要求的抵抗裂纹性能较高。因此，如何使纤维复合材料在满足高抗裂纹性能的前提下实现轻量化，是我们当今工程材料所面临的首要问题。

科研人员在仿生学研究过程中发现自然界的某些生物结构具有良好的抵抗裂纹、强度高等特殊的优异性能，其中：龙虾角质层非线性旋转角度和上部螺旋纤维树脂层数小于下部螺旋纤维树脂层数的纤维铺排结构具有良好的抗裂纹性能及层间韧性。

因此，通过对龙虾的结构特性研究与分析，为得到一种新型的纤维铺排结构提供了良好的思路；通过对其生物特性进行仿生，为仿生纤维复合材料的铺排结构提供了良好的方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种仿龙虾角质层结构与功能的纤维复合材料，通过采用仿生的纤维铺排结构，提高纤维复合材料的抗裂纹性能及强度。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种仿龙虾角质层结构与功能的纤维复合材料，所述纤维复合材料基于龙虾角质层非线性螺旋铺排结构，由纤维树脂层螺旋铺叠而成，所述螺旋纤维树脂层沿中心轴按非线性旋转角度交替铺叠，其中第n组螺旋纤维树脂层数小于第n+1组螺旋纤维树脂层数，n≥1，n为奇数。

进一步地，所述螺旋纤维树脂层的旋转角度x满足螺旋-震荡函数

进一步地，所述螺旋纤维树脂层的螺旋角度y满足螺旋-递增函数

进一步地，所述螺旋纤维树脂层的螺旋角度z满足螺旋-指数函数 z_i＝cⁱ，i＝1，2，3......，2≤c≤3。

进一步地，每组螺旋纤维树脂层为顺时针螺旋铺排或逆时针螺旋铺排。

进一步地，每组螺旋纤维树脂层同为顺时针螺旋铺排或同为逆时针螺旋铺排。

进一步地，每组螺旋纤维树脂层能够以相同底数的同一螺旋函数螺旋铺排。

进一步地，每组螺旋纤维树脂层能够以不同底数的同一螺旋函数螺旋铺排。

进一步地，每组螺旋纤维树脂层能够以不同螺旋函数螺旋铺排。

进一步地，第n组螺旋纤维树脂层与第n+1组螺旋纤维树脂层组成一组递增螺旋纤维树脂层组，n≥1，n为奇数。

本发明的有益效果为：

1、本发明的仿龙虾角质层结构与功能的纤维复合材料，仿照龙虾角质层的非线性纤维铺排结构，可良好的抵抗纤维复合材料所受的剪切力，由于纤维非线性螺旋铺排，相邻层间裂纹方向会发生改变，提高该结构抗冲击性能以及抗裂纹性能。