多尺度CNF/Z-pin增强复合材料层合板

冲击后压缩强度提升36.4%

采用碳纳米纤维与Z-pin协同增韧，显著提高复合材料层合板在低速冲击后的剩余压缩强度，延缓损伤扩展。

Guozhi, Zhao · 李梦佳 · Zhao, Yuan · 郑佳佳 · Gao, Ying · Xin, Chen · Zhipeng, Dai · 陈普会

Thin-Walled Structures 2024

参数信息

冲击后压缩强度提升（CNF增强）

18.6 %

冲击后压缩强度提升（Z-pin增强）

28.7 %

冲击后压缩强度提升（CNF/Z-pin增强）

36.4 %

技术优势

多尺度协同增韧

CNF在层间基体中抑制微裂纹扩展，Z-pin在宏观上桥接分层，二者协同作用大幅提高冲击后剩余强度。

50 J冲击后CAI强度提升36.4%

在最高冲击能量50 J下，CNF/Z-pin增强层合板相比未增强层合板CAI强度提高36.4%，远高于单一增强方式。

兼得两种增韧机制

CNF作用于微观层间裂纹，Z-pin阻止宏观分层扩展，二者互补覆盖不同尺度的损伤模式。

损伤过程可视化监测

采用3D-DIC清晰表征CAI过程中的变形和应变场变化，从局部屈曲到整体失效的过程被明确揭示，有助于理解失效机理。

应用场景

• 航空复合材料结构：提高飞机壁板、机翼等复合材料结构在遭受跑道碎石、冰雹等低速冲击后的剩余压缩强度，提升安全裕度。
• 飞行器机身：用于机身蒙皮和框段，抑制冲击损伤扩展，保持结构完整性，减少维护。
• 抗冲击建筑材料：可开发成高抗冲击的复合材料板，用于建筑外墙、防护结构等，抵御意外冲击和爆炸碎片。
• 机械结构件：适用于机械装备中承受冲击载荷的结构件（如防护罩、支架），提高损伤容限和可靠性。