[发明专利]具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料及其制备方法

权利要求书

1.具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

由均为仿生纤维树脂层的正向螺旋纤维树脂层和反向螺旋纤维树脂层依次交替铺叠后加压加热固化而成；

所述正向螺旋纤维树脂层和反向螺旋纤维树脂层非同轴设置，且均沿各自中心轴线按周期均匀旋转叠置，

所述仿生纤维树脂层由结构仿生的纤维材料浸润改性后的树脂而成，其中，所述结构仿生的纤维材料由形状为正弦曲线的正弦纤维与直纤维组成。

2.如权利要求1所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

所述改性后的树脂由聚苯硫醚树脂、增强剂和二氧化硅粒子混合而成。

3.如权利要求1所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

所述正向螺旋纤维树脂层和反向螺旋纤维树脂层为同一种仿生纤维树脂层或分别为两种不同的仿生纤维树脂层。

4.如权利要求1所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

所述结构仿生的纤维材料为仿蝎子螯结构纤维材料，由单向正弦纤维与直纤维组成；

所述单向正弦纤维由三层振幅方向相同的正弦纤维组成，每层正弦纤维均垂直于其振荡方向排列；

所述直纤维为包覆在单向正弦纤维外侧的直纤维，所述直纤维垂直于单向正弦纤维的振荡方向铺排，并包覆在每层正弦纤维的外侧。

5.如权利要求1所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

所述结构仿生的纤维材料为仿螳螂虾颚足结构纤维材料，由双向正弦纤维和双向直纤维组成；

所述双向正弦纤维由两组振幅方向相反的正弦纤维组成，且两组正弦纤维依次相互交叉地垂直于振荡方向排列；

所述双向直纤维为包覆在双向正弦纤维外侧的直纤维，所述直纤维垂直于双向正弦纤维的振荡方向铺排，并包覆在每层正弦纤维的外侧。

6.如权利要求1所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

所述结构仿生的纤维材料为仿小尾寒羊角鞘体和野鸡羽毛组合结构的纤维材料，由凸包纤维、十字正弦纤维和垂直凸包短纤维组成；

所述十字正弦纤维由两组振荡方向相垂直的正弦纤维编织组成，且两组正弦纤维依次相互交叉且分别垂直于各自振荡方向排列；

所述凸包纤维是以十字正弦纤维的一组正弦纤维为经线，另一组正弦纤维为纬线依次交替编织，形成的截面为正弦曲线的凸包结构纤维；

所述垂直凸包短纤维为短纤维，并以捆束的方式呈放射状地铺排在凸包纤维的外侧，所述垂直凸包短纤维的截面外轮廓线与凸包纤维外侧轮廓曲线相匹配，所述垂直凸包短纤维包覆在十字正弦纤维和凸包纤维的外侧。

7.如权利要求4-6中任意一项所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

所述结构仿生的纤维材料中，包覆在外侧的纤维柔度高于被包覆在内侧的纤维柔度，形成外软内硬的包覆结构。

8.如权利要求1所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

所述正向螺旋纤维树脂层和反向螺旋纤维树脂层旋转叠置的周期为180°；

所述正向螺旋纤维树脂层和反向螺旋纤维树脂层的铺层比例分别为1：1、1：2、2：1、1：3或3：1。

9.如权利要求1所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料，其特征在于：

所述仿生纤维树脂层中，纤维的重量百分比含量为40％～70％。

10.如权利要求1所述具有高抗冲击性能的仿生纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于：

所述制备方法的具体过程如下：

步骤一：将结构仿生的纤维材料浸润至改性后的树脂中形成正弦编织纤维树脂层；

步骤二：以若干层正弦编织纤维树脂层为一组，在将两组正弦编织纤维树脂层之间的中心轴线相间隔后，再将两组正弦编织纤维树脂层依次照一定的比例交替铺排，铺排过程中，一组正弦编织纤维树脂层从上至下依次正向旋转，另一组正弦编织纤维树脂层从上至下依次反向旋转，两组正弦编织纤维树脂层方向相反地交替旋转铺排形成双向螺旋纤维树脂层体；

步骤三：将双向螺旋纤维树脂层体至于模具型腔内，在预定温度为50-300℃，预定压力为1-30MPa的条件下对模具型腔内的双向螺旋纤维树脂层体进行固化处理，固化时间为4-20小时。