温度对T700碳纤维复合材料力学的影响

  复合材料是由两种或两种以上性质不同而互补的材料所组成的,并被赋予新特性的材料结构。它具有比组成材料更优越的综合性能。先进复合材料具有高的比强度和比模量、质量轻,各向异性和可设计性,良好的抗疲劳特性,易于大面积整体成型等特点和优点。树脂基碳纤维复合材料技术成熟,已广泛应用于航天、航空、电子、兵器、舰艇、交通、能源、文体等诸多领域。

  T700碳纤维复合材料耐湿/热性能优良,3234是一种改性环氧树脂体系,和碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维及其织物可制成各种预浸料,固化温度125℃,复合材料具有耐油、耐湿热、力学性能优良及成形工艺简单易于质量控制等优点,一般可在-55~80℃长期使用。本文根据环氧树脂基碳纤维复合材料的特点,对T700/3234环氧碳纤维单向预浸料进行铺层设计,铺层[45/-45°/0°/90/0°]1s,厚度1.25mm,T700/3234层合板采用热压罐成型工艺方法,125℃固化。测试了23℃、60℃、80℃、100℃下,T700/3234层压板的各种强度与模量,为厚度薄、复杂形面的高性能碳纤维复合材料结构件设计提供了依据。

  复合材料的耐热主要是由树脂基体决定的,通过实验测试得知60℃、80℃压缩性能和拉伸性能保持率均在90%以上,100℃性能保持率在75%以上;60℃、80℃、100℃弯曲强度保持率分别是94.5%、89.0%、77.0%,弯曲模量保持率均在90%以上;60℃、80℃层间剪切强度保持率分别是87.2%、80.1%,100℃层间剪切强度保持率68.3%,低于70%,超出了3234环氧树脂耐温能力;60℃、80℃纵横剪切性能保持率均大于70.0%,纵横剪切性能保持率66.2%/59.0%,低于70%。100℃T700/3234层合板性能保持率低于70%,表明该材料在此温度下不能长期使用,T700/3234复合材料的使用温度不大于80℃。

  复合材料结构件设计厚度较薄,采用各种类型的桁条增加强度和刚度,桁条与主体结构一般采用胶接的连接成一体。通过实验测试,23℃拉伸剪切强度为24.8MPa,60℃拉伸剪切强度21.3MPa,保持率85.9%;80℃拉伸剪切强度16.2MPa,保持率65.3%,低于70%;100℃拉伸剪切强度5.96MPa,保持率24.0%,表明,100℃拉伸剪切强度下降明显,保持率低于30.0%。表明,T700/3234层合板与层合板胶接后,长期使用温度不大于60℃,80℃下可以短期使用。

  试样采用一层环氧胶膜胶接,固化工艺为室温下开始抽真空加热到130℃保温2h,抽真空自然冷却至室温。在进行胶接固化时,将已加工好的1.25mm层合板弯曲、层剪试样,2.0mm层合板弯曲、层剪试样同时抽真空加热,室温下测试弯曲性能和层剪强度,表5测试数据A是未经经抽真空加热130℃/2h的测试结果,测试数据B是经抽真空加热130℃/2h后的测试结果,表明试样经抽真空加热130℃/2h,对测试结果没有影响。说明,复合材料制件桁条与主体经抽真空加热130℃/2h胶接,不影响条与主体结构的各项力学性能。

  综上所述:选用T700/3234中温固化环氧碳纤维单向预浸料采用热压罐成型工艺方法制造的T700/3234层合板铺层[45°/-45/0°/90°/0°]1s,压厚1.25mm,23℃、60℃、80℃温度条件下,拉伸性能、压缩性能、弯曲性能、层间剪切强度及层合板的拉伸剪切强度性能稳定,T700/3234复合材料适合于温度不大于80℃条件下使用。

 

  阅读延伸:《T700碳纤维圆管的抗压缩性能怎么样