碳纤维复合材料性能研究的几个新成果

如何有效提升碳纤维复合材料抗砂石冲击的性能？

在海洋滩涂环境中，船体所使用的碳纤维部件容易遭受砂石冲击，为了研究砂石冲击对碳纤维零部件可能存在的损伤问题，有必要对相关情况进行研究。董珠琳等人的《舰船碳纤维复合材料抗砂石冲击测试技术研究》基于压缩空气炮系统对砂石进行加速，采用高速摄像机抓取砂石冲击的瞬时速度，得到砂石冲击碳纤维复合材料的瞬时能量值。在冲击完成后，再用超声探伤仪对碳纤维部件的被冲击区域进行无损检测，继而获取碳纤维零部件的内部损伤情况。以上试验表明，当砂石冲击能量大于0.5 J时，碳纤维复合材料的主要损伤形式为纤维断裂损伤，该研究建议通过增加弹性涂层的方式提高碳纤维复合材料抗砂石冲击的性能。

如何有效提升碳纤维复合材料的防刺性能？

碳纤维复合材料的性能优势很多，但其断裂伸长率较低，如何在不大幅增加材料的厚度和重量的前提下提升碳纤维成品的防刺性能呢？沈雷鸣等人的《密度梯度碳纤维复合材料防刺性能探究》通过制备密度梯度碳纤维增强复合材料，探究原材料在密度配置、铺层顺序和放置方式上对成品防刺性能的具体影响。实验发现碳纤维复合材料主要通过碳纤维增强体和基体树脂的破碎、断裂来吸收能量，阻碍刀尖穿破材料；当刀尖刺出材料后，则通过碳纤维从树脂基体中抽拔、剥离、拉伸断裂来吸收能量，降低刀具的伤害性。结果表明:碳纤维复合材料铺层层数对防刺性能影响最大，碳纤维复合材料的纤维密度次之，碳纤维制品在材料整体中的摆放位置对防刺性能影响较小。当碳纤维复合材料铺层达到6层以上，且位于制品整体最下层时，防刺性能最优。

如何提升碳纤维复合材料在超低温环境中的抗弯曲性能?

之前的研究中对树脂基碳纤维复合材料的耐低温力学性能，尤其是常-低温循环下其力学性能方面的关注较少，制约了碳纤维复合材料在相关领域的应用。骆雪芹等人的《低温对碳纤维复合材料弯曲性能影响试验研究》基于高性能碳纤维增强环氧树脂基复合材料在液体燃料贮箱中的应用问题，对超低温环境下碳纤维复合材料的抗弯曲性能进行了相关测试。其针对一种液氧相容的环氧树脂体系，采用热压罐工艺制备了 CFRP 单向板，并测试其在 25 ℃、-55 ℃、-120 ℃和-183 ℃下的弯曲力学性能。实验结果表明：碳纤维复合材料板的弯曲强度和模量均随着温度降低而提高，当温度从25 ℃降低到-183 ℃时，弯曲强度提高约66.7 %，弯曲模量提高约10.3 %。在室温-液氧200次循环后，发现碳纤维复合材料单向板的弯曲强度基本没有降低，并且内部也无微裂纹产生。结果证实，特定树脂体系的碳纤维复合材料具有优异的耐低温和耐低温循环性能。

碳纤维复合材料的性能表现与很多因素相关，碳纤维原丝性能、树脂基体、改性剂以及具体的制作工艺都会影响到碳纤维零部件的实际应用性能。国内的碳纤维零部件制造商智上新材料科技认为，碳纤维的应用是随着对该种材料的普及与对相关材料认知的扩大而发展变化的。碳纤维产品之所以只能定制，不仅是因为其性能可以根据需求进行调整和改变，而且新的碳纤维零部件产品的诞生与应用更多依赖于应用方与供应商之间的研发式合作，这种合作不仅有助于推动碳纤维应用走向新领域、新方向，也有助于合作双方的不断成长。

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