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摘要
在自然进化中，众多生物材料因其内部多级结构的精巧配合表现出卓越的力学性能。碳纤维作为一种性能优异的人工材料，为仿生材料设计与制备提供了重要的原材料支撑。以短碳纤维和聚氨酯为原料，发展了一种针管挤制和蒸发固化方法，制备出具有特定纤维取向的短碳纤维增强聚氨酯复合材料薄膜，利用叠层固化成型方法，制备出具有不同层间夹角的仿螳螂虾螺旋叠层结构材料。在此基础上，通过拉伸性能测试及拉伸过程中材料内部微观形貌表征，对该仿生材料的力学增强机理进行研究。结果表明：短碳纤维在薄膜材料中具有良好的取向一致性，当纤维取向角为45°时，单层薄膜的拉伸强度最高；在螺旋叠层结构中，当层间夹角为30°时，仿生材料的拉伸强度最高，这主要是由材料内部纤维端部引起的损伤破坏以及界面脱粘引起的失效破坏所调控。研究结果对于设计和制备高性能短纤维增强复合材料、实现其性能优化具有指导意义。
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