玄武岩纤维与亚麻纤维增强复合层压板在低速冲击性能方面的对比研究

《Polymer Composites》：Comparative Study on the Low-Velocity Impact Performance in Basalt Fiber and Flax Fiber Reinforced Composite Laminates

玄武岩纤维与亚麻纤维增强层压板的冲击性能对比研究表明，BFRP峰值力达5.0 kN（3.8倍于FFRP），但存在脆性断裂，而FFRP通过层间脱粘和基体开裂实现能量耗散（最大位移30.2 mm）。数值模拟验证了预测模型可靠性，揭示了矿物基与植物基复合材料强度-韧性权衡机制。

　　

摘要

玄武岩纤维和亚麻纤维增强复合材料因其天然来源、轻质特性以及可持续性潜力而受到越来越多的关注。然而，它们的低速冲击性能和失效机制仍不够明确。本研究通过结合实验和数值方法，系统地比较了玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）和亚麻纤维增强聚合物（FFRP）层压板的冲击性能。利用高速成像技术进行的落锤冲击试验捕捉到了动态响应和实时损伤演变过程。在30焦耳的冲击能量下，BFRP的峰值力达到5.0千牛顿，是FFRP的3.8倍；而FFRP的最大位移为30.2毫米，是BFRP的两倍多。数值模拟准确再现了力-位移响应和裂纹形态，证明了该模型的预测可靠性。结果表明，BFRP具有较高的刚度和抗穿透性能，但通过脆性断裂失效；而FFRP则通过其层次化的纤维结构和较弱的界面，通过渐进性的分层和基体开裂来耗散能量。这些发现阐明了矿物基复合材料和植物基复合材料之间的内在强度-韧性权衡关系，并为设计抗冲击的可持续层压板提供了有用的框架。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。