预浸料变薄后，竟然产生了这么多独特的性质及应用！复合材料界面领域大咖齐聚

【预浸料变薄后，竟然产生了这么多独特的性质及应用！】复合材料界面领域大咖齐聚，聊一聊界面的那些事儿！

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关于薄层预浸料
薄层预浸料是指厚度小于0.075mm的预浸料，目前已进入商业化应用。相对于预浸料厚度大于0.1mm的常规预浸料，由其铺层制成的层合板力学性能好、轻量化潜力大、高应变下的折叠结构适应性强、结构功能一体化设计自由度大，在航空航天结构设计方面具有更大的灵活性和经济性，能够进一步提高复合材料的结构效率。

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超薄碳纤维，图片来源：河南工业大学吴海宏教授
CFRP层合板的薄层化效应层合板表面平整度提高，变截面过渡区“桥架”尺寸减小、应力集中减弱，有利于降低层合板内孔隙率，提高层合板制造质量；层合板面内碳纤维排列波纹度减小、碳纤维偏转角减小，碳纤维强度有效利用率提高，层合板力学性能提高；树脂、碳纤维两相分布细小，裂纹扩展阻力增加，层合板抵抗抗分层损伤的能力有效提高；采用薄、厚预浸料混杂铺层设计可以有效地调控复合材料层合板抵抗分层、冲击损伤性能。
另外：薄层化效应还受树脂韧性、树脂及纤维表面官能团结合强度等因素的影响，这些因素之间是否存在耦合、匹配效应，如何优化层厚、树脂性能、界面性能的匹配都是未来复合材料薄层化研究的重要方向。
薄层碳纤维复合材料的优势薄壁、轻质的复合材料结构效率。在薄壁结构采用薄层可以有效地增加铺层数量，其铺层顺序具有更强的可设计性，更好地满足薄壁件力学性能的要求。合理地利用薄层，可以有效地提高基体抵抗裂纹扩展、抑制层间开裂，从而提高复合材料抵抗损伤的能力。通过薄层、常规层厚的混杂铺层，可以在更大范围内优化复合材料的力学性能，提高复合材料制造效率的同时，降低制造成本。薄层复合材料在一些大型、复杂、可变形的复合材料结构制造中发挥了重要的作用，具有重要的应用价值。
薄层复合材料的典型应用
1.在超音速飞行器中的应用

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上图所示是德国航天中心联合瑞典、荷兰相关机构开展的关于超高音速飞行器轻量化的设计研究。该设计在满足飞行器性能要求的前提下，分别采用0.25mm、0.05mm和0.025mm铺层结构进行了结构效率分析。分析结果显示，与0.25mm的铺层结构相比， 0.025mm的铺层结构质量减轻38.1%；0.05mm的铺层结构质量减轻13.2% 。通过薄层化材料的应用，提高了飞行器轻量化设计水平，提高了材料的利用率。可预见在不久的未来，通过采用薄层CFRP ，空间运输技术将有突破性进展。
1.卫星用可折叠结构中的应用

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上图所示为SergioPellegrino等开发的一种新的卫星用可展开反射器样件。该反射器表面由沿其边缘铰接的CFRP薄板形成的曲面构成，展开后弧长7.9m ，宽度3.2m ，厚度仅为0.3mm ，所用预浸料厚度为0.04mm 。对折叠部分复合材料薄板进行了弯曲测试，如图右上方所示。结果表明，在满足反射器各方面性能要求的同时，重量上用薄层复合材料制造的反射器是传统的复合材料反射器的28.57% ，折叠后的体积仅为展开后的1/20 。由于薄层CFRP在制造轻量化、高强度、低成本、高精度卫星用可折叠结构方面的优势，在美国、欧盟受到了极大的关注。