碳纤维⁃玻璃纤维混杂环氧树脂基复合材料低速冲击性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.003

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (8): 12-18.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.003

碳纤维⁃玻璃纤维混杂环氧树脂基复合材料低速冲击性能研究

盛宏航¹(), 吴薇¹(), 范文州², 李雪华¹, 程浩¹

^1.内蒙古工业大学轻工与纺织学院，呼和浩特 010080
^2.塔里木大学机械电气化工程学院，新疆维吾尔自治区阿拉尔 843300

收稿日期:2024-09-16 出版日期:2025-08-26 发布日期:2025-07-30
通讯作者: 吴薇（1983—），女，副教授，从事纺织结构复合材料力学性能研究， 978865765@qq.com
E-mail:2826065215@qq.com;978865765@qq.com
作者简介:盛宏航（2000—），男，在读硕士研究生，研究方向为碳纤维复合材料力学性能，2826065215@qq.com
基金资助:
内蒙古自治区自然科学基金项目(2024LHMS05034);国家级大学生创新实验计划项目(202310128007);内蒙古自治区大学生创新实验计划项目(2024183009);内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(JY20240076)

Study on low⁃velocity impact properties of carbon/glass hybrid fiber⁃reinforced epoxy matrix composites

SHENG Honghang¹(), WU Wei¹(), FAN Wenzhou², LI Xuehua¹, CHENG Hao¹

^1.College of Textile and Light Industry，Inner Mongolia University of Technology，Hohhot 010080，China
^2.Faculty of Mechanical and Electrification Engineering，Tarim University，Aral 843300，China

Received:2024-09-16 Online:2025-08-26 Published:2025-07-30
Contact: WU Wei E-mail:2826065215@qq.com;978865765@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

在不同冲击能量下采用落锤式冲击试验机对6种不同结构的层合板进行冲击实验，对冲击后的层合板实物进行损伤样貌观察，并通过扫描电子显微镜（SEM）观察了20 J冲击能量层合板的内部损伤形貌。结果发现，在相同的冲击能量下，（CGGG）_s具有最高的极限载荷以及能量吸收。纤维混杂比相同条件下，冲击面为玻璃纤维时，冲击面纤维损伤程度更小；冲击面为碳纤维时，层合板能够吸收更多的能量。层合板冲击背面的损伤面积大于冲击面。通过SEM观察发现，碳纤维与树脂的结合性能优于玻璃纤维。但材料本身是复合材料层合板冲击性能的决定性因素，玻璃纤维更好的韧性决定了玻璃纤维比碳纤维具有更好的抗冲击性能。

关键词: 混杂结构复合材料, 抗冲击性能, 碳纤维, 玻璃纤维

Abstract:

The impact resistance of six types of structural laminates was investigated using a drop hammer impact tester at varying energy levels. Post⁃impact damage characterization was performed through visual inspection and scanning electron microscopy （SEM） observation at 20 J impact energy. Results indicated that carbon/glass hybrid fiber⁃reinforced epoxy matrix （CGGG） laminates exhibited superior performance， achieving the highest ultimate load and energy absorption capacity. Key findings demonstrated that：（1） under identical fiber mixing ratios， glass fiber impact surfaces showed less fiber damage while carbon fiber surfaces facilitated greater energy absorption；（2） the non⁃impacted backside consistently displayed larger damage areas than the impact surface； and （3） SEM analysis indicated stronger carbon fiber/resin interfacial bonding compared to glass fiber counterparts. Despite this interfacial advantage， the inherent toughness of glass fibers ultimately governed the impact resistance of the laminates， rendering glass fiber composites more impact⁃resistant than carbon fiber variants. These findings provide valuable insights for optimizing fiber⁃reinforced composite structures in impact⁃prone applications.

Key words: hybrid composite, impact resistance, carbon fiber, glass fiber

中图分类号:

TQ323.5

盛宏航, 吴薇, 范文州, 李雪华, 程浩. 碳纤维⁃玻璃纤维混杂环氧树脂基复合材料低速冲击性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 12-18.

SHENG Honghang, WU Wei, FAN Wenzhou, LI Xuehua, CHENG Hao. Study on low⁃velocity impact properties of carbon/glass hybrid fiber⁃reinforced epoxy matrix composites[J]. China Plastics, 2025, 39(8): 12-18.

图/表 9

参考文献 15

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试样编号	混杂比例	混杂方式
GF	100 %GF	G₈
（GC）₄	G/C=1/1	G₁C₁G₁C₁G₁C₁G₁C₁
（CG）₄	G/C=1/1	C₁G₁C₁G₁C₁G₁C₁G₁
（CGGG）_S	G/C=3/1	C₁G₆C₁
（GCCC）_S	G/C=1/3	G₁C₆G₁
CF	100 %CF	C₈

试样编号	混杂比例	混杂方式
GF	100 %GF	G₈
（GC）₄	G/C=1/1	G₁C₁G₁C₁G₁C₁G₁C₁
（CG）₄	G/C=1/1	C₁G₁C₁G₁C₁G₁C₁G₁
（CGGG）_S	G/C=3/1	C₁G₆C₁
（GCCC）_S	G/C=1/3	G₁C₆G₁
CF	100 %CF	C₈

冲击能量/J	铺层结构	冲击高度/mm	初速度/m·s^-1	末速度/m·s^-1	吸收能量/J
15	CF	279	2.31	-0.74	13.13
	（GCCC）_S	279	2.34	-0.64	13.25
	（CG）₄	279	2.30	-0.71	13.79
	（GC）₄	279	2.34	-0.67	13.22
	（CGGG）_S	279	2.33	-0.79	13.92
	GF	279	2.33	-0.67	13.70
18	CF	334	2.55	-0.69	16.60
	（GCCC）_S	334	2.54	-0.66	16.47
	（CG）₄	334	2.55	-0.67	16.60
	（GC）₄	334	2.54	-0.69	16.38
	（CGGG）_S	334	2.56	-0.71	16.64
	GF	334	2.53	-0.66	16.40
20	CF	372	2.68	-0.72	18.26
	（GCCC）_S	372	2.68	-0.82	17.87
	（CG）₄	372	2.66	-0.67	18.31
	（GC）₄	372	2.69	-0.80	18.12
	（CGGG）_S	372	2.69	-0.67	18.62
	GF	372	2.69	-0.68	18.71

冲击能量/J	铺层结构	冲击高度/mm	初速度/m·s^-1	末速度/m·s^-1	吸收能量/J
15	CF	279	2.31	-0.74	13.13
	（GCCC）_S	279	2.34	-0.64	13.25
	（CG）₄	279	2.30	-0.71	13.79
	（GC）₄	279	2.34	-0.67	13.22
	（CGGG）_S	279	2.33	-0.79	13.92
	GF	279	2.33	-0.67	13.70
18	CF	334	2.55	-0.69	16.60
	（GCCC）_S	334	2.54	-0.66	16.47
	（CG）₄	334	2.55	-0.67	16.60
	（GC）₄	334	2.54	-0.69	16.38
	（CGGG）_S	334	2.56	-0.71	16.64
	GF	334	2.53	-0.66	16.40
20	CF	372	2.68	-0.72	18.26
	（GCCC）_S	372	2.68	-0.82	17.87
	（CG）₄	372	2.66	-0.67	18.31
	（GC）₄	372	2.69	-0.80	18.12
	（CGGG）_S	372	2.69	-0.67	18.62
	GF	372	2.69	-0.68	18.71

		15 J	18 J	20 J
CF	背面
CF	正面
（GCCC）_S	背面
（GCCC）_S	正面
（CG）₄	背面
（CG）₄	正面
（GC）₄	背面
（GC）₄	正面
（CGGG）_S	背面
（CGGG）_S	正面
GF	背面
GF	正面

碳纤维⁃玻璃纤维混杂环氧树脂基复合材料低速冲击性能研究

Study on low⁃velocity impact properties of carbon/glass hybrid fiber⁃reinforced epoxy matrix composites

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