一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了复合材料技术领域，具体而言，涉及一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，该材料包括中间层、上表层和下表层，所述中间层、所述上表层和所述下表层的制备材料包括纤维和树脂基体，所述纤维以曲线排布方式植入所述树脂基体中，所述中间层中纤维的弯曲程度小于所述上表层和所述下表层中纤维的弯曲程度，且所述中间层与所述上表层和所述下表层中纤维的弯曲程度差异，使得所述上表层和所述下表层的断裂伸长率与所述中间层的断裂伸长率之比均为3以上，所述上表层和下表层的厚度均大于所述中间层的厚度，且所述中间层的厚度与所述上表层和下表层的厚度之和的比值小于0.3。本发明专利技术提供的纤维增强树脂基复合材料脆性断裂的风险更低。性断裂的风险更低。性断裂的风险更低。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体而言，涉及一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]连续纤维增强树脂基复合材料具有高的比模量、比强度，优异的抗疲劳及耐腐蚀性能，使其在航空航天领域具有很高的应用潜力，而脆性断裂是制约其使用的重要因素之一。纤维的延展性往往远小于树脂，因此在拉伸过程中，当纤维达到临界应变时，会迅速发生脆性断裂，导致复合材料也随之失效，这种失效模式通常是突然发生的，且在失效之前往往没有任何预兆，因此在实际应用中，需要设置较高的安全系数，导致其无法充分发挥轻质减重的潜力。可见，纤维增强树脂基复合材料存在纤维与树脂基体之间的延展性差异导致的使用过程中无征兆的突然失效的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是纤维增强树脂基复合材料存在纤维与树脂基体之间的延展性差异导致的使用过程中无征兆的突然失效的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种纤维增强树脂基复合材料，包括中间层、上表层和下表层，所述中间层、所述上表层和所述下表层的制备材料包括纤维和树脂基体，所述纤维以曲线排布方式植入所述树脂基体中，所述中间层中纤维的弯曲程度小于所述上表层和所述下表层中纤维的弯曲程度，且所述中间层与所述上表层和所述下表层中纤维的弯曲程度差异，使得所述上表层和所述下表层的断裂伸长率与所述中间层的断裂伸长率之比均为3以上，所述上表层和下表层的厚度均大于所述中间层的厚度，且所述中间层的厚度与所述上表层和下表层的厚度之和的比值小于0.3。
[0006]优选地，所述纤维植入所述树脂基体的排布方式包括波浪形、螺旋形、弧形和弓字形。
[0007]优选地，所述纤维植入所述树脂基体的排布方式为波浪形。
[0008]优选地，所述上表层和所述下表层中所述纤维的初始波度与所述中间层中所述纤维的初始波度的比值均大于1.5。
[0009]优选地，所述中间层中所述纤维的初始波度为0.05
‑
0.2。
[0010]优选地，所述纤维包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种。
[0011]优选地，所述树脂基体包括聚乳酸树脂、环氧树脂、氰酸酯树脂、苯乙烯树脂和聚酰亚胺树脂中的一种。
[0012]优选地，所述纤维增强树脂基复合材料的长度为10mm，宽度为5mm，所述中间层的厚度在0.1mm以下。
[0013]优选地，所述上表层和所述下表层相同。
[0014]与现有技术相比，本专利技术提供的纤维增强树脂基复合材料由纤维增强的树脂中间层、上表层和下表层组成，纤维以曲线排布方式植入所述树脂基体中，通过将所述中间层中纤维的弯曲程度设置的小于所述上表层和所述下表层中纤维的弯曲程度，且使得所述上表层和所述下表层的断裂伸长率与所述中间层断裂伸长率之比均为3以上，使得中间层具有相对较低的断裂伸长率，上表层和下表层具有相对较高的断裂伸长率，并将中间层设计的相对较薄，诱导中间层在拉伸过程中发生渐进损伤，从而使得纤维增强树脂基复合材料获得渐进的破坏过程和非线性应力
‑
应变响应，非线性应力
‑
应变响应可以作为该复合材料最终失效前的警告信号，从而可以降低该复合材料脆性断裂的风险。
[0015]本专利技术还提供了一种制备如上所述的纤维增强树脂基复合材料的方法，包括以下步骤：
[0016]步骤S1、将树脂基体加热熔融，得到树脂熔体，将纤维浸渍于所述树脂熔体中；
[0017]步骤S2、以所述纤维和所述树脂熔体为原料，通过3D打印机依次打印出下表层、中间层和上表层，得到纤维增强树脂基复合材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术提供的制备纤维增强树脂基复合材料的方法操作简单，且采用该方法制备的纤维增强树脂基复合材料脆性断裂的风险更低。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例中维增强树脂基复合材料的结构示意图；
[0020]图2为HLH复合材料各种失效模式对应的应力应变曲线图；
[0021]图3为纤维植入树脂基体的排布方式为波浪形时，纤维增强树脂基复合材料中各单层初始和拉伸后的状态变化图；
[0022]图4为本专利技术实施例中HLH复合材料的三维失效模式图。
[0023]附图标记说明：
[0024]1、中间层；2、上表层；3、下表层。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。以上术语涵盖术语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
[0027]另外，需要说的是，本专利技术中初始波度代表在纤维增强树脂基复合材料未受外力时波浪形纤维的振幅与波长之比。
[0028]如图1所示，本专利技术实施例提供了一种纤维增强树脂基复合材料，包括中间层1、上表层2和下表层3，所述中间层1、所述上表层2和所述下表层3的制备材料包括纤维和树脂基体，所述纤维以曲线排布方式植入所述树脂基体中，所述中间层1中纤维的弯曲程度小于所述上表层2和所述下表层3中纤维的弯曲程度，且所述中间层1与所述上表层2和所述下表层
3中纤维的弯曲程度差异，使得所述上表层2和所述下表层3的断裂伸长率与所述中间层1的断裂伸长率之比均为3以上，所述上表层2和下表层3的厚度均大于所述中间层1的厚度，且所述中间层1的厚度与所述上表层2和下表层3的厚度之和的比值小于0.3。
[0029]与现有技术相比，本专利技术实施例提供的纤维增强树脂基复合材料由纤维增强的树脂中间层1、上表层2和下表层3组成，纤维以曲线排布方式植入所述树脂基体中，通过将所述中间层1中纤维的弯曲程度设置的小于所述上表层2和所述下表层3中纤维的弯曲程度(纤维的弯曲程度不同将导致各层具有不同的断裂伸长率)，且所述中间层1与所述上表层2和所述下表层3中纤维的弯曲程度差异，使得所述上表层2和所述下表层3的断裂伸长率与所述中间层1的断裂伸长率之比均为3以上，使得中间层1具有相对较低的断裂伸长率，上表层2和下表层3具有相对较高的断裂伸长率，并将中间层1设计的相对较薄，诱导中间层1在拉伸过程中发生渐进损伤，从而使得纤维增强树脂基复合材料获得渐进的破坏过程和非线性应力
‑
应变响应，非线性应力
‑
应变响应可以作为该复合材料最终失效前的警告信号，从而可以降低该复合材料脆性断裂的风险，即可以避免纤维增强树脂基复合材料在使用过程中无征兆的突然失效。
[0030]为了方便描述，现将中间层1具有相对较低的断裂伸长率，上表层2和下表层3具有相对较高的断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，包括中间层(1)、上表层(2)和下表层(3)，所述中间层(1)、所述上表层(2)和所述下表层(3)的制备材料包括纤维和树脂基体，所述纤维以曲线排布方式植入所述树脂基体中，所述中间层(1)中纤维的弯曲程度小于所述上表层(2)和所述下表层(3)中纤维的弯曲程度，且所述中间层(1)与所述上表层(2)和所述下表层(3)中纤维的弯曲程度差异，使得所述上表层(2)和所述下表层(3)的断裂伸长率与所述中间层(1)的断裂伸长率之比均为3以上，所述上表层(2)和下表层(3)的厚度均大于所述中间层(1)的厚度，且所述中间层(1)的厚度与所述上表层(2)和下表层(3)的厚度之和的比值小于0.3。2.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述纤维植入所述树脂基体的排布方式包括波浪形、螺旋形、弧形和弓字形。3.根据权利要求2所述的纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述纤维植入所述树脂基体的排布方式为波浪形。4.根据权利要求3所述的纤维增强树脂基复合材料，其特征在于，所述上表层(2)和所述下表层(3)中所述纤维的初始波度与所述中间层(1)中所述纤维的初始波度的比值均大于1.5。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵寒星，冷劲松，刘彦菊，兰鑫，刘立武，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：