巨龙竹纤维的各向异性性能在替代碳纤维增强复合材料/玻纤增强复合材料的摩擦学和生态友好型结构中的应用

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碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻纤增强复合材料（GFRP）因其优异的力学性能和成熟的制造工艺在工程领域得到广泛应用。然而，高能耗、污染和相关健康风险等环保问题促使人们寻求更可持续的替代材料。本研究探讨了巨龙竹（Gigantochloa apus）纤维复合材料作为CFRP/GFRP生态友好型替代品在结构和摩擦学应用中的可行性。采用实验和仿真相结合的方法，评估了竹纤维复合材料的力学性能和摩擦学性能。碳纤维和玻璃纤维的拉伸强度分别为317.6 MPa和277.3 MPa，而竹纤维虽然强度较低（76.3 MPa），但表现出优异的弹性，应变达1.9%。竹纤维密度最低（1.0475～1.0565 g·cm⁻³），作为轻质材料具有吸引力。摩擦学测试表明，织造竹纤维复合材料的抗划伤性能（≈40 μm深度）与CFRP/GFRP相当，但摩擦系数（0.13～0.14）和磨损率较高。尽管如此，竹纤维表现出更好的柔韧性和阻尼性能，可最小化永久变形和微裂纹的产生。研究结果表明，通过改进耐磨性，巨龙竹纤维复合材料可在汽车、航空航天和对振动敏感的结构系统中作为可持续替代材料应用。

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