碳/亞麻纖維混雜復合材料層間斷裂韌度

袁衛可, 李 巖,2*, 趙 劍

（1．同濟大學 航空航天與力學學院, 上海 200092；2．同濟大學 先進土木工程材料教育部重點實驗室, 上海 200092）

碳纖維由于其高強度、高模量、低密度、耐疲勞和熱膨脹系數低等優點成為目前復合材料中應用最為廣泛的纖維之一[1]。但是碳纖維表面較為光滑，與樹脂結合能力較差，導致其增強復合材料層間斷裂韌度較低，抗分層能力較弱[2]。碳纖維為人造纖維，其增強復合材料難以回收和降解，帶來了日益嚴重的環境問題，同時碳纖維生產過程需要消耗較多的能源，造價較高[3]。以上因素均在一定程度上限制了碳纖維增強復合材料（carbon fiber reinforced polymer，CFRP）的使用。

相比于碳纖維，以亞麻纖維為代表的植物纖維，不僅來源豐富、價格低廉、生產過程能耗低、可再生、可生物降解，而且具有可比擬玻璃纖維的比強度和比模量以及良好的吸聲[4]、隔熱[5]和阻尼性能[6]。最重要的是，亞麻纖維的多尺度結構為其增強復合材料帶來了獨特的層間破壞模式。Singleton等[7]研究了亞麻纖維增強聚乙烯復合材料的抗沖擊性能，實驗過程中發現亞麻纖維增強復合材料在沖擊過程中發生纖維滑移、基體開裂、纖維開裂、纖維劈裂、纖維斷裂以及纖維拔出等多層次多尺度的失效模式。這種失效模式使亞麻纖維增強復合材料的層間力學性能遠高于碳纖維增強復合材料[8]。

混雜復合材料是含有兩種或兩種以上增強纖維的一種復合材料。與單種纖維增強復合材料相比，混雜復合材料能夠綜合多種纖維的性能特點，兼容多種增強纖維各自的屬性，從而根據不同的應用環境和承載要求進行復合材料的設計。……