《7龟外甲壳玻璃纤维增强复合材料的研究》.pdf

浙江理工大学学报，第26卷，第2期，2009年3月 of Sci-Tech Journal University Zhejiang v01．26，No．2，Mar．2009 文章编号：1673—3851(2009)02—0174—05 仿生鳃金龟外甲壳玻璃纤维增强复合材料的研究 杨伟伟，王家俊 (浙江理工大学材料与纺织学院，杭州310018) 摘要：运用扫描电镜实验观察鳃金龟外甲壳内部的微结构，发现其类似于纤维增强复合材料，具有几丁质纤 维增强角质化蛋白质基体的结构特征。仔细观察发现其中存在网络状的纤维非均匀铺层。针对发现的非均匀纤维 铺层结构，仿生制备具有类似结构的网络筋织物增强GFRP。结果表明：非均匀的纤维铺层结构能较好地改善单层 GFRP的拉伸强度和弯曲强度，使其具有较高的弯曲强度和稳定性，可用较少的材料承担较大的载荷。 关键词：鳃金龟外甲壳；网络筋非均匀分布；GFRP；力学性能 中图分类号：TB332 文献标识码：A 0引言 经过若干世纪选择进化的甲虫鞘翅具有很好的强度、刚度及断裂韧性，这些优良的力学性能与甲虫鞘翅 内部优良的微结构密切相关。对这些优良微结构的研究可以为纤维增强复合材料提供有益的指导[1’2]。陈 锦祥[33等对犀金龟和锹甲虫鞘翅的微细构造进行了研究，发现犀金龟鞘翅内部为带柱的网状构造，这种网状 的小柱构造可有效地提高层状纤维增强复合材料抗剥离性能；重庆大学的陈斌等[4]对蝉和金龟子的外甲壳 进行研究，发现了双螺旋铺层结构，实验证明这种仿生结构复合材料比常规铺层复合材料有更高的强度和断 裂韧性。本文将在前人的研究基础上进一步观察鳃金龟外甲壳微观结构，并仿生出具有生物复合材料结构 特征的纺织复合材料，为纤维增强复合材料的结构设计提供参考。 1 实验部分 1．1鳃金龟外甲壳观察实验 1．1．1实验药品和设备 司)、DZF-6050型真空干燥箱、JSM-5610扫描电镜等。 1．1．2实验方法及步骤 实验研究的昆虫壳为鳃金龟外甲壳，捕捉于浙江省天目山，成 虫鳃金龟体型为椭圆形，体色为棕、褐至黑褐色，有斑纹，如图1。 鳃金龟外甲壳扫描电镜试样的制备方法是：首先将剥离的鳃 金龟的鞘翅在95％的酒精中清洗两次，置于滤纸晾干后，在真空干 燥箱中干燥4～5h，后将干燥脱水后的外甲壳浸入pH值为5．0 b)观察坐标系 a)鳃金龟成虫 的生物蛋白酶溶液中刻蚀。刻蚀15min后，取出，干燥脱水。为 图1实验材料及观察坐标 保证切片的断面平整，并不影响到外甲壳内部的真实形貌，用液氮脆断的方法将干燥的外甲壳进行脆断。脆 面研玎寸期：2008一09一18 作者简介：杨伟伟(1983一)，男，安徽马鞍山人，硕士研究生，从事仿生复合材料及先进复合技术研究． 万方数据 第2期 杨伟伟等：仿生鳃金龟外甲壳玻璃纤维增强复合材料的研究 175 断的试样表面在离子溅射仪中进行喷金处理，即得到可用于扫描电镜观察的试样。 1．2仿生复合材料试样制备 1．2．1实验用主要材料 仿生复合材料主要材料如下表1所示。 表1 试样制备主要材料 1．2．2试样的制备 材料名称 牌号 生产单位 作用 将经编织好的不同网络状玻璃纤维织物置于丙酮中 环氧树脂 618 上海树脂厂 复合材料基体 处理30min后，置人40。C真空干燥箱中干燥待用。将聚酰胺 610蒲江树脂化工厂 周化剂 环氧臻，磐型．量氅、紫鬻!，篓譬量罂2。。5环篙雾醚嚣杭袭箍羹≠厂嬲 去气泡，待用。然后将上述混合剂浇注到用钢板自制的模具中，模具中已摆放好了平整的网络增强织物，铺 d