剑麻/玻纤混杂拉挤复合材料的疲劳和冲击性能研究及其结构应用

摘要整理

为解决玻纤增强复合材料在结构应用中存在的重量、成本和可持续性问题，植物纤维作为替代材料可有效降低和替代玻纤用量。然而，植物纤维复合材料的综合研究仍存在空白，特别是其在实际结构应用中的耐久性。本研究系统调查了为结构应用设计的拉挤剑麻/玻纤混杂聚酯复合材料的疲劳和冲击性能。采用垫状剑麻纤维、单向E玻纤直接粗纱和不饱和聚酯树脂作为主要成分，制备了拉挤剑麻/玻纤混杂型材。研究表明，拉挤交替层铺WK/UG试样表现出优异的疲劳性能（在极限抗拉强度60%应力水平下18,630次循环）和断裂能（261.3 kJ/m²），展现了在中等载荷结构应用中的应用前景。值得注意的是，拉挤3WK/UG/3WK层铺方案作为低载荷结构应用的可行方案，表现出令人满意的疲劳性能（在60% UTS应力水平下10,730次循环）和断裂能（167.09 kJ/m²）。疲劳失效模式表明应力分布均匀。冲击试验中的韧性破坏和分层可归因于剑麻纤维的阻尼和能量吸收特性。此外，采用剑麻作为混杂替代材料可显著降低成本（35.7%-50%）和重量（9.6%-19.1%）。本研究为开发可持续高效的结构材料奠定了基础，突出了材料设计在塑造工程应用未来中的重要作用。

相关论文