[发明专利]一种纤维螺旋铺排仿生抗冲击复合材料及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，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。

背景技术

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。

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。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明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。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

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。

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。

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。

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。

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°。

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。

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。

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：

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；

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；

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；