碳纤维-凯夫拉纤维混杂编织复合材料层间III型断裂韧性的创新表征与机制解析

来自国际团队的研究人员针对混杂编织复合材料层间性能评估难题，通过边缘裂纹扭转(ECT)试验创新性地表征了平纹/斜纹碳纤维-凯夫拉纤维(Carbon-Kevlar)混杂编织材料的III型断裂韧性(GIIIc)。采用多试样柔度标定法，发现碳纤维经向排列的平纹结构展现出优于纯凯夫拉材料的层间韧性，并通过扫描电镜(SEM)揭示了裂纹扩展机制，为航空复合材料设计提供了关键数据支撑。

　　

这项突破性研究采用边缘裂纹扭转试验(Edge Crack Torsion, ECT)对平纹与斜纹编织的碳纤维-凯夫拉(Carbon-Kevlar)混杂纺织复合材料进行了III型层间断裂韧性(Mode-III interlaminar fracture toughness)的系统评估。科研团队创新性地运用多试样柔度标定法(Multi-specimen Compliance Calibration)，通过10mm/20mm/30mm三组初始裂纹长度的对比实验，结合线性回归分析精准计算出柔度标定系数。

令人振奋的是，当碳纤维沿纵向排列时，平纹混杂复合材料的层间韧性值显著超越纯凯夫拉材料——就像给材料装上了"纳米级防弹衣"。随着初始裂纹长度从10mm增至30mm，试样峰值载荷呈现递减趋势，而柔度(compliance)则像弹簧般逐渐提升，同时材料刚度(stiffness)相应降低。更有趣的是，III型断裂韧性值竟随着裂纹增长呈现"逆势上扬"的独特现象。

通过扫描电镜(SEM)这位"材料侦探"的深度侦查，研究团队成功捕捉到纤维拔脱(fiber pull-out)、基体开裂(matrix cracking)等关键失效机制的微观证据。这些发现为下一代航空复合材料的设计提供了至关重要的"韧性密码"，特别是在需要抵抗层间剪切力的关键部件应用领域展现出巨大潜力。