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影响碳纤维复合材料性能的三个重要因素

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碳纤维复合材料性能受界面性能影响:

促进碳纤维增强体与树脂基体之间的融合可以有效提升碳纤维复合材料的应用性能,通过对碳纤维表面改性能够有效实现这一目的。

对碳纤维的改性机制有三类:第一类是将碳纤维表面蚀刻,通过增加碳纤维表面的粗糙度来提高纤维的表面积,从而实现纤维和基体之间的机械互锁;第二类是在碳纤维表面形成酸性官能团,促进其与聚合物基体形成化学键,提高纤维的表面活性和浸润性;第三类是去除纤维表面的弱界面层,减少碳纤维材料的缺陷。

前两种改性机制往往同时发生,但过度的表面蚀刻会对碳纤维本体的强度造成削弱,通过增加碳纤维表面活性官能团或多尺度进行表面改性,则能够有效增强碳纤维和环氧树脂之间的界面结合性能,从而达到复合材料增韧的效果。

碳纤维复合材料性能受制作工艺水平的影响:

碳纤维复合材料性能受制作工艺水平的影响,国内碳纤维零部件制造商智上新材料科技自主研发的连续碳纤维增强热塑性复合材料单向预浸带制备技术,重点解决的就是碳纤维增强体与热塑性树脂基体之间的熔融问题。因为无论是以哪种热塑性树脂作为基体材料,碳纤维热塑性复合材料的断裂方式大多都是以纤维拔出断裂的形式,即碳纤维和树脂界面脱离而导致的复合材料断裂。在预浸料制备过程中,如果连续碳纤维丝束在热塑性树脂中分散不够均匀,甚至有团聚的现象,则会直接影响到复合材料的整体性能,因此在预浸料制备环节中,智上新材料尽量将这类影响因素降到最低。

在碳纤维复合材料零部件铺层设计环节中,包括碳纤维预浸料铺层角度、铺层厚度等的铺层方案对增强复合材料零部件成品的性能也有重要的影响,智上新材料科技实行“一对一”定制化服务,针对碳纤维零部件具体的性能要求优化铺层方案,在尽可能减少铺层总厚度的情况下,充分保证碳纤维零部件具备足够的性能。

碳纤维复合材料性能受荷载及工作环境的影响:

有研究数据表明,环氧树脂基碳纤维增强复合材料在荷载及恶劣环境共同作用下其耐久性能受显著影响。

当环境因素在超过60℃区间的高低温循环以及较大湿度影响下,碳纤维复合材料零部件的荷载仅为极限荷载的30%-60%。该研究还表明,“高低温循环-湿度-荷载”三因素耦合作用对碳纤维复合材料的性能耐久性影响更为明显,但这三方面因素的作用影响不一,碳纤维复合材料的拉伸强度随高低温循环周期的增加整体呈现先降低再升高再降低的变化趋势,但是峰谷值出现的时间周期相差较大。

相比较而言,湿度和荷载水平对碳纤维复合材料的拉伸模量影响较小。树脂基体与碳纤维界面产生的微裂纹被证明是导致复合材料后期强度降低的主要原因,而湿度-荷载的耦合作用往往会促进裂纹的扩展,加剧对碳纤维复合材料性能的负面影响。碳纤维零部件制造商智上新材料认为掌握相关规律,并以之作为碳纤维零部件制作的参考,对碳纤维材料在特殊环境下的应用具有实际意义。

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