碳纤维增强热树脂基材料中的性质分析

  面对传统、单一组分的材料已经难以满足现在应用需要的现实状况,开发研制新材料,是解决这个问题的根本途径。按增强纤维的类别划分,就存在有机纤维复合材料、无机纤维复合材料、其他纤维复合材料。其中本文讨论的对象属于无机纤维复合材料这一类别,因为碳纤维就是无机纤维复合材料的其中一种。

  特别值得注意的是,当两种或两种以上的纤维同时增强一个基体,制备成的复合材料叫做混杂纤维复合材料。实质上是两种或两种以上的单一纤维材料的互相复合,就成了复合材料的“复合材料”。

  (1)对纤维的分类:纤维存在有机纤维和无机纤维之分。增强纤维共有五大类别,分别是:硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维以及芳纶纤维。除最后一种芳纶纤维以外,其他四种都属于无机纤维。碳纤维是五大纤维之冠,是增强纤维中最有活力的一种。碳纤维复合材料种类很多,但是应用最广泛的还要属碳纤维增强树脂基复合材料。

  (2)碳纤维的性质和性能:碳纤维是纤维状的碳素材料,它的性质包括导热、导电、耐温、耐磨、比重小且耐腐蚀性等。除此之外,它的性能也相当突出,具有热膨胀系数小、抗震动衰减、自润滑性以及防原子辐射等。因为碳纤维的纤维属性,因此可以对其编制加工,缠绕成型。利用纤维状直径细的特点,是制成复合材料杂曲面构件部件的绝佳材料。

  (3)碳纤维的力学性质:碳纤维的力学性质主要通过轴向抗拉模量来体现。当热处理温度上升,碳纤维的模量随之攀升。细直径纤维在预氧化过程中,发生碳化,产生很多排列整齐的饿表皮结构。这些结构对碳纤维模量的增加又起到推波助澜的作用,促使它的模量进一步提高。碳纤维模量的变化趋势以施加负荷的方式作为判别标准,不是随应变的增加而增加,就是随应变的增加而下降。

  碳纤维能够成为最有活力的增强纤维,主要因为其密度低,抗拉伸强度可以和玻璃纤维比肩,而碳纤维的弹性模量却是后者的4到5倍。在情性气氛中,碳纤维的抗拉强度随温度的升高而攀升,表现出极佳的性能。因此,不得不说碳纤维是复合材料增强纤维的首选。