混杂纤维复合材料最优纤维混杂比例及其应用研究进展.pdf

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1、2014年7月材料工程July2014第7期第107—112页JournalofMaterialsEngineeringNo．7PP．107—112混杂纤维复合材料最优纤维混杂比例及其应用研究进展OptimumMixRatioofHybridFiberReinforcedPolymerCompositesandTheirResearchingProgress张博明，李嘉，李煦(北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191)ZHANGBo—ming，LIJia，LIXu(MaterialsScie

2、nceandEngineeringSchool，BeihangUniversity，Beijing100191，China)摘要：混杂纤维复合材料以其性能和低成本等优势近期取得了快速发展和应用。纤维混杂比例不仅影响构件的性能，同时关乎成本。本文介绍了混杂纤维复合材料的性能优势，分别对复合材料最佳性能和最佳成本时的纤维混杂比例的研究进展进行了综述，并介绍了混杂纤维复合材料的应用近况，提出了混杂纤维复合材料目前在发展中的不足，对其发展方向进行了展望。关键词：混杂纤维复合材料；最优混杂比；性能与成本doi：1

3、0．11868／j．issn．1001—4381．2014．07．019中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1001—4381(2014)07—0107-06Abstract：Hybridcompositeshadbeendevelopedrapidlyandusedwidelyduetotheirlowcostandgoodperformance．Theproportionoffibersnotonlyaffectstheproperties，butalsothecosts．Thisarti

4、cledescribedtheadvantagesofperformanceofthehybridcomposites．Thesuitableproportionledtothebestperformanceandthebestproportionledtothesuitablecostsfromreportswerealsobeendescribed．Thelatestapplicationandthedisadvantageofthehybridcompositeswereintroduced．Th

5、ispaperpresentsareviewofthefutureofhybridcomposites．Keywords：hybridcomposites；thebestproportion；propertyandcost纤维增强树脂基复合材料(FRP)因其比强度和比1混杂纤维复合材料性能优势及其存在的问模量高、耐腐蚀、抗疲劳性、减震性能好等优点，已经在题航天航空、汽车、船舶、化工、电子和建筑等行业中得到广泛的应用]。混杂纤维复合材料的概念最早起源1．1混杂纤维复合材料的性能优势于日本，1972年由日本

6、的Hayashi_3提出并展开研究，混杂纤维复合材料相较传统单一纤维增强的复合旨在弥补单一纤维增强存在的缺点和不足。混杂纤维材料具有其明显的优势，尤其是在力学性能方面尤为的组合形式不仅可以弥补单一纤维的缺点，还能够在突出，国内外学者对混杂纤维复合材料的力学性能进满足使用载荷的前提下，大幅降低材料的成本，研究表行研究时发现：不同纤维之间混杂后产生的混杂效应明，碳纤维／玻璃纤维混杂复合材料不仅具有高的断裂可让纤维之间扬长补短。以玻璃纤维和碳纤维混杂为延伸率(相对CFRP)，且其中碳纤维发挥的拉伸强度例：玻纤

7、与碳纤体积比为2的混杂纤维复合材料要比在CFRP中高出40以上E。所谓最优纤维混(HFRP)的断裂应变比CFRP高3O～5O；玻璃纤杂比例，是指通过调节混杂纤维中两种或多种纤维的维复合材料的模量一般较低，但如引入5O的碳纤维比例，得到最优化的结果，此结果一是兼顾材料的强作为表层，复合成夹芯形式，其模量可达到碳纤维复合度、刚度和韧性等，使其性能最优，同时还要兼顾材料材料的90；玻璃纤维复合材料疲劳寿命为非线性递的成本、使用寿命等，使其在全寿命周期内成本最优。减，如引入50的碳纤维，其疲劳寿命将转变为线性1

8、O8材料工程2014年7期递减，其循环应力也有较大的提高l_5]。概括出如图1所示的强度与混杂比的关系。图1(a)此外，HFRP还会改善构件的抗冲击性能、蠕变中AD线对应相关混杂比例下的HFRP理论拉伸强性能、疲劳性能等。Park等_8在研究4层芳纶纤维／度，A点、D点分别代表纯GFRP和纯CFRP的拉伸玻璃纤维混杂复合材料的冲击性能时，发现当芳纶纤强度。CFRP体积含量在C点以前时，由于碳纤维的维在底层时，表现出较单一玻璃纤维增强复合材料