高强度、高刚度、高韧性和高能量吸收的 2D 碳/丝平纹混合复合材料与 3D 结构增强

摘要 层压顺序和增强织物结构在混合复合材料的损伤形成和裂纹发展中起着重要作用。这里成功制备了一种新型混合复合材料，该材料包含由2D碳纤维织物和3D角锁丝织物组成的分层三明治结构。这种三明治混合分层结构显示出较高的强度、刚度、韧性和能量吸收特性，这得益于3D丝层层角锁和贯穿厚度角锁织物的增强效果和抗剥层性能。与3D丝层层角锁增强相比，3D丝贯穿厚度的角锁增强实现了优越的结构完整性和刚度。由于贯穿厚度的 Z 绑定纱线提供的剥层裂纹偏转和应变集中，使用3D丝贯穿厚度角锁增强的2D碳/丝平纹混合复合材料展现出最低的剥层体积和垂直裂纹分布。三明治混合分层结构的微计算机断层扫描图像显示出较传统的包含 2D 丝织物增强的混合层压板更高的结构完整性和断裂集中。本研究为高强度、高刚度、高韧性和高能量吸收的混合复合材料的结构优化设计提供了一个有前景的方法。