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本研究的主要内容是,从复合材料学的角度来认识甲虫鞘翅的结构,抽象出复合材料模型,然后根据模型采用合适的制备方法制备出相应的仿生复合材料。
通过采用扫描电镜、透射电镜和光学显微镜以及生物超薄切片技术,对铜绿金龟、独角仙、鳃金龟、锹形虫等四种甲虫的鞘翅微细结构进行观察研究,归纳了甲虫鞘翅微细结构的特征:
(1)四种甲虫的鞘翅均是以小柱为支撑的层状中空结构的双曲率板,由上下两厚度不匀的层板和起支撑作用的小柱组成。
(2)四种甲虫鞘翅中,小柱的分布规律是不一致的。
(3)四种甲虫鞘翅的小柱呈双喇叭口的柱状结构,柱壁是成层叠就的,柱壁中的纤维沿上下喇叭口延伸,与上下层中的纤维保持连续,没有断头。
(4)四种甲虫鞘翅上下层的纤维均呈层状分布,相互叠合的纤维层保持一定的角度旋转。
本研究根据这些典型的结构特征,采用铜绿金龟小柱的分布规律,设计出了小柱支撑仿生复合材料模型。
采用合适的复合材料制备方法制备仿生复合材料是本研究的一个关键问题。本研究对小柱支撑复合材料的手糊成型工艺做了探索和研究。选用环氧树脂和玻璃纤维作为树脂基体和增强纤维,采用熔模制备和分步制备工艺方法制造出小柱支撑复合材料。实验证明,熔模制备法是一种实用、高效的小柱支撑复合材料制备方法。通过本课题的研究,对下一步的研究方向和目标提出了构想。