針對上述挑戰，開發輕量化、高強度的短切碳纖維增強聚合物（S-CFRP）蜂窩結構成為一種極具前景的解決方案。

姑蘇實驗室復合材料研究團隊近期取得重要進展。團隊通過創新的納米縫合技術，成功研制出高強度短切碳纖維紙?；诖?，他們建立了精確的有限元模型預測S-CFRP蜂窩力學性能，并采用模具熱壓工藝，制備出邊長僅為2.75毫米的小孔徑蜂窩結構，其密度低至47.6 kg/m³（如圖1所示）。

 

圖1 短切碳纖維增強聚合物(S-CFRP)蜂窩：(B) 蜂窩成品；(C) 蜂窩詳細尺寸。

關鍵性能測試表明，該新型S-CFRP蜂窩表現卓越。相較于當前主流密度為48.06 kg/m³的芳綸蜂窩，該S-CFRP蜂窩抗壓強度提升了21%，L方向和W方向剪切強度分別提高了42%和59%（如圖2所示）。

 

圖2 蜂窩剪切試驗：（A） L 方向剪切試驗設備;（B） L 向剪切試驗試樣失效照片;（C） L 方向的剪切應力-應變曲線;（D） W 方向剪切試驗設備;（E） W 方向剪切試驗試樣失效照片;（F） W 方向的剪切應力-應變曲線。

此項研究成功實現了小尺寸蜂窩結構與超低密度的協同優化。其建立的有限元模型預測結果與實驗數據高度吻合，為后續結構優化設計和壽命預測提供了可靠依據。該工作不僅提供了低成本、輕量化、高強度S-CFRP蜂窩的先進制備方法和精準仿真模型，更在提升飛行器結構減重效率和力學性能方面展現出顯著的工程價值，于航空航天等高端裝備領域具有廣闊的應用潛力。