玄碳混雜增強樹脂基復合材料混雜比優化設計

徐 虹， 盧 巖， 張 可， 劉 栓， 王祥輝， 竇艷麗

(吉林大學 材料科學與工程學院，長春130025)

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玄碳混雜增強樹脂基復合材料混雜比優化設計

徐 虹， 盧 巖， 張 可， 劉 栓， 王祥輝， 竇艷麗

(吉林大學 材料科學與工程學院，長春130025)

對碳纖維-玄武巖纖維混雜增強樹脂基復合材料最優混雜比范圍進行研究。以碳纖維與玄武巖纖維平紋織物為增強體，制備9種具有不同混雜比的混雜纖維復合材料(Hybrid Fiber Reinforced Polymer，HFRP)試樣，并進行拉伸實驗。依據平紋織物結構特點，計算得出平紋織物單胞性能參數，在ANSYS中，以SHELL181殼單元體建立HFRP有限元模型。該模型對試樣剛度的模擬值與實驗值近似。分析模型受力時的應力云圖發現，存在將HFRP破壞形式分為一次破壞與二次破壞的臨界混雜比。有限元模擬研究樹脂含量為45%時，不同混雜比的HFRP剛度、強度和拉伸極限應變。當混雜比為60%時，可保證HFRP強度無折減的情況下，較玄武巖復合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer，BFRP)剛度提高93.4%，較碳纖維復合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)拉伸極限應變提高11.3%。

混雜纖維復合材料；碳纖維；玄武巖纖維；平紋織物；混雜比

輕質高強型復合材料是航空航天、汽車、船舶、化工、電子和建筑等領域都極其需要的。纖維增強樹脂基復合材料是其中應用范圍最廣、最具研究意義的一種。美國波音公司、歐洲空客集團已大力開展CFRP在民用飛機上的應用，波音787的CFRP用量高達50%，波音B767油耗降低17%[1-3]。

混雜纖維復合材料(HFRP)最早被日本的Hayashi[4]提出，認為其可綜合兩種、甚至多種纖維性能上的優點。有關HFRP最為典型的研究為摻雜玻璃纖維來改善碳纖維的斷裂韌性。……