高性能绿色环氧生物复合材料层板的疲劳性能研究——优化长剑麻纤维增强

摘要整理

近年来，为替代传统合成高分子复合材料，工程研究重点转向开发由生态可持续基体与天然纤维增强的绿色生物复合材料。此类创新生物复合材料分为两类：短纤维随机分布型（机械强度低，用于非结构应用如覆盖板等）和长纤维增强型高性能生物复合材料（可用于半结构和结构应用，替代金属或合成复合材料如玻纤增强复合材料）。本研究针对优化剑麻纤维增强的高性能生物复合材料，为扩展其疲劳载荷下的应用范围，开展了系统的疲劳试验研究。试验考虑了四种铺层方式（单向、交叉铺层、角度铺层和准各向同性），纤维体积分数Vf=70%。结果表明，该层板表现出良好的疲劳性能，单向和角度铺层（±7.5°）层板的疲劳比接近0.5。从各向同性向单向铺层转变时，疲劳强度显著提高约4倍，疲劳寿命提高幅度更大。损伤分析表明，由于层板质量优异，疲劳失效主要由纤维断裂引起，虽然在正交异性和交叉铺层中可能出现次生界面脱粘和分层。与传统合成复合材料和其他生物复合材料对比，该生物复合材料的疲劳比性能与价格更高的亚麻纤维增强生物复合材料和普通玻纤增强复合材料相当。同时提出了适用于设计阶段的预测模型，可有效预测所研究层板的疲劳行为。

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