仿生布里加兰德三明治结构：提高木质纤维增强复合材料的力学性能

《Polymer Composites》：Bioinspired Bouligand-Sandwich Hybrid: Enhanced Mechanical Performance in Wood Fiber-Reinforced Composites

本研究提出一种混合结构设计，结合Bouligand结构和夹层结构，制备木纤维增强复合材料。实验表明，弯曲强度和模量分别提升142%和536%，冲击吸能达3.04 J/mm，且在极端环境下保持优异性能，为航空航天和防护装备提供可持续替代方案。

　　

摘要

由于天然纤维增强复合材料（NFRCs）具有生物降解性和可再生性，因此受到了广泛关注，但其机械性能仍不尽如人意。目前的增强设计主要采用仿生夹层结构和Bouligand结构，而单一的仿生结构已接近其增强效果的上限。本研究提出了一种混合方法，结合Bouligand结构和夹层结构来制造木纤维增强复合材料，将夹层结构的轻质和高强度优势与螺旋排列的裂纹偏转机制相协同利用。系统研究了不同混合策略对复合材料弯曲性能和冲击性能的影响，以及混合结构和复合材料在极端环境条件下的增强机制。结果表明，这种增强材料的弯曲强度达到289.08 MPa，弯曲模量为36.16 GPa，分别比传统木纤维增强复合材料提高了1.42倍和5.36倍。其冲击能量吸收能力达到3.04 J/mm，超过了单一仿生结构的性能。此外，该复合材料在极端条件下仍保持优异的机械稳定性。这些优异的特性使其成为航空航天应用、个人防护装备及其他抗冲击应用的可持续替代材料。此外，这项研究为提高纤维增强复合材料的性能提供了新的设计范式。

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利益冲突

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