Поливолокнистые гибридные полимерные композиционные материалы (обзор)

В обзоре приведены основные направления современных исследований, касающихся создания поливолокнистых гибридных полимерных композиционных материалов (ПКМ), армированных непрерывными наполнителями из волокон различной природы. Описано два подхода к созданию гибридных ПКМ: первый – межслоевой (формование гибридных ламинатов с монослоями из различных волокон), второй – внутрислоевой (формование композитов, армированных гибридными материалами, сотканными из различных волокон). Описаны преимущества и недостатки каждого. Показано, что путем сочетания разнотипных армирующих волокон возможно создать новое поколение конструкционных и защитных материалов с заданным комплексом эксплуатационных характеристик.

1. Hamza M. S. Fabrication and Characterization of Hybrid Laminate Unsaturated Polyester Composites – 2016. URL: https://www.researchgate.net/publication/312135846_Fabrication_and_Characterization_of_Hybrid_Laminate_Unsaturated_Polyester_Composites (дата обращения: 25.09.2025)

2. Venkateswara B. P., Boggarapu V., Rajani D. et al. Investigation on mechanical and thermal behaviour of graphene bonded carbon/Kevlar hybrid fabric polymer composites // Journal of Engineering and Applied Science. – 2024. – N 71. – Art. 113. URL: https://jeas.springeropen.com/articles/10.1186/s44147-024-00448-0 (дата обращения: 25.09.2025)

3. Анисимов А . В., Лишевич И . В., Саргсян А . С . и др. Разработка и исследование нового гибридного антифрикционного полимерного композиционного материала с диэлектрическими свойствами // Вопросы материаловедения. – 2025 – № 1 (121). – C. 90–98.

4. Witten E., Mathes V. Der europäische Markt für Faserverstärkte Kunststoffe / Composites 2024 Marktentwicklungen, Trends, Herausforderungen und Ausblicke // AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. – 2025. URL: https://www.avk-tv.de/avk-marktbericht-2024/ (дата обращения 20.09.2025)

5. Ahmad F. Ab. G., Jamaluddin M. Hardness, tensile and microstructure assessment of carbon/ glass hybrid composite laminate // Journal of Mechanical Engineering. – 2018. – N 15 (2). – P. 91–105.

6. Murugan R., Lakshmi Narasimhan R., Harish A. Effect of fiber orientation on effective stacking sequence of glass/carbon hybrid composite laminates for structural applications // Advances in Engineering Research (AER). – 2018. – N 142. – P. 204–209.

7. Murugan R., Ramesh R., Padmanabhan K. Investigation on static and dynamic mechanical properties of epoxy based woven fabric glass/carbon hybrid composite laminates // Procedia Engineering. – 2014. – V. 97. — P. 459–468.

8. Zhang C., Huang J., Li X., Zhang C. Numerical study of the damage behavior of carbon fiber/ glass fiber hybrid composite laminates under low-velocity impact // Fibers and Polymers. 2020. – N 21 (12). – P. 2873–2887.

9. Журковский М. Е., Самойленко В. В., Фирсов В. В. и др. Исследование прочностных свойств гибридных материалов на основе углеродных и стеклянных тканей // Южно-Сибирский научный вестник. – 2018. – № 2 (22). – С. 21–27. DOI: 10.25699/SSSB.2018.22.15453

10. Erbayrak E., Yuncuoglu U., Kahraman Y., Gumus B. E. An experimental and numerical determination on low-velocity impact response of hybrid composite laminate // Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Mechanical Engineering. – 2020. – N 45. – P. 1485–1500.

11. Mohd F. B. I., Aidah J. Impact properties of hybrid fibre reinforced polymer composite laminates // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering (IJITEE). – 2020. – V. 3, N 9. – P. 2763–2766.

12. Azeem M., Haji Ya. H., Alam M. A., Sultan T. H., Ali M., Sattar M., Ahmad T., Hatami H., Sadique R., Mokhtar A. A., Mustapha M., Khan M. A., Masood F. Macroscale assessment of low‐velocity impact on hybrid composite laminates // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. – 2021. – N 52 (10). – P. 1101–1111.

13. Satkar A . , Mache A . , Kulkarni A . Numerical investigation on perforation resistance of glass-carbon/epoxy hybrid composite laminate under ballistic impact // Materials Today Proceedings. – 2022. – N 59 (1). – P. 1–8.

14. Wang M., Pan Zh., Cai Q. et al. Effects of carbon/kevlar hybrid ply and intercalation sequence on mechanical properties and damage resistance of composite laminates under quasi-static indentation // Polymers. – 2024. – N 16 (13). URL: https://www.mdpi.com/2073-4360/16/13/1801 (дата обращения: 25.09.2025)

15. Hu L . Influence of layer angle and fiber type on the impact resistance of composite laminates // Advances in Engineering Technology Research. – 2025. – N 14 (1). – P. 846.

16. Xiang Yu., Zhang Zh. W., Yang X. et al. Failure mechanism of carbon /ultra-high molecular weight polyethylene twill fiber reinforced hybrid laminates under ballistic impact // Materials & Design. – 2022. – N 216. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026412752200199X?via%3Dihub (дата обращения: 25.09.2025)

17. Li Y., Xian X. J., Choy C. L., Guo M., Zhang Z. Compressive and flexural behavior of ultra-high-modulus polyethylene fiber and carbon fiber hybrid composites // Composites Science and Technology. – 1999. – V. 59, Is. 1. – P. 13–18. DOI: 10.1016/S0266-3538(98)00056-6

18. Li Zh., Xue Y., Sun B., Gu B. Ballistic penetration damages of hybrid plain-woven laminates with carbon, Kevlar and UHMWPE fibers in different stacking sequences // Defence Technology. – 2023. – N 26. – P. 23–38.

19. Xu Y., Hong Zh., Guangyan H. Ballistic performance of UHMWPE laminate/modified aramid fabric composite structure based on support vector machine (SVM) method // Composites Part B: Engineering. – 2025. – N 307. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836825007619?via%-3Dihub (дата обращения: 25.09.2025)

20. Priyanka P., Mali H. S., Dixit A. Carbon–Kevlar intraply hybrid fabric polymer composites: mechanical performance // Iranian Polymer Journal. – 2023. – N 32. – P. 633–645.

21. Medeiros R. J., Nóbrega S. H. Sh., Aquino E. M. F. Failure theories on carbon/kevlar hybrid fabric based composite laminate: notch and anisotropy effects // Materials Research. – 2019. – N 22 (3). URL: https://www.scielo.br/j/mr/a/yjnMpTPBMkkW68P7fH7byrn/?lang=en (дата обращения: 20.09.2025)

22. Li X., Wu H., Yuan M. Low-velocity impact behavior of carbon-Kevlar fiber intraply hybrid composites // Journal of Tsinghua University (Science and Technology). – 2025. – V. 65, Is. 6. – P. 1060–1069.

23. Hu Yu., Shi Ya., Liu D. et al. Damage tolerance of 2-dimentional UHMWPE/CF hybrid woven laminates subjected to low-velocity impact // Materials & Design. – 2020. – N 191 (6). URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127520301386?via%3Dihub (дата обращения: 25.09.2025)

24. Кудинов В. В., Корнеева Н. В., Крылов И. К. и др. Гибридные полимерные композиционные материалы // Физика и химия обработки материалов. – 2008. – № 2. – C. 32–37.

25. Румянцева В. С., Лукичева Н. С., Штягина Л. М. Получение и исследование свойств композиционных материалов на основе стеклоткани и сверхвысокомодульного волокна с использованием фенолформальдегидной смолы в качестве связующего // Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы: тез. докл. 14-й всерос. науч. и студ. конф. – 2025. – Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна. – Санкт-Петербург: ФГБОУВО «СПбГУПТД», 2025. – C. 84–86

26. Кулагина Г. С., Кан А. Ч., Железина Г. Ф., Левакова Н. М. Антифрикционные материалы на основе полимерных волокон // Труды ВИАМ. – 2022. – № 11. DOI: dx.doi.org/ 10.18577/2307-6046-2022-0-11-48-59. URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1939 (дата обращения: 25.09.2025)

27. Begum Sh., Fawzia S., Hashmi M. S. J. Polymer matrix composite with natural and synthetic fibres // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2020. – V. 3, N 6. – P. 547–564.

28. Seydibeyoglu M. Ö., Dogru A., Wang J. et al. Review on hybrid reinforced polymer matrix composites with nanocellulose, nanomaterials, and other fibers // Polymers. – 2023 – N 15 (4). URL: https://www.mdpi.com/2073-4360/15/4/984 (дата обращения: 25.09.2025)

29. Nguyen H., Zatar W., Mutsuyoshi H. Mechanical properties of hybrid polymer composite // Hybrid Polymer Composite Materials. – 2017. – P. 83–113.

30. Jomboh K. J., Garkida A., Alemaka E. M. et al. Properties and applications of natural, synthetic and hybrid fiber reinforced polymer composite: A review // AIMS Materials Science. –2024. – V. 4, N 11. – P. 774–801.

31. Ismail S. O., Akpan E., Dhaka H. N. Review on natural plant fibres and their hybrid composites for structural applications: Recent trends and future perspectives // Composites Part C: Open Access. – 2022. – N 9. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666682022000858?via%3Dihub (дата обращения: 25.09.2025)

32. Santos Felipe R. C. T., Barbosa Felipe R. N., Caldas Batista A. C. M., Aquino E. M. F. Polymer Composites Reinforced with Hybrid Fiber Fabrics // Materials Research. – 2017. – N 20 (2). – P. 555–567. DOI: 10.1590/1980-5373-mr-2016-0587

33. Hufenbach W., Gude M., Ebert C. Hybrid 3D-textile reinforced composites with tailored property profiles for crash and impact applications // Composites Science and Technology. – 2009. – N 69 (9). – P. 1422–1426.

34. Patel D. K., Waas A. M. Damage and failure modelling of hybrid three-dimensional textile composites: a mesh objective multi-scale approach // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. – 2016. – N 374. URL: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2016.0036 (дата обращения: 25.09.2025)