T800/AG80碳纤维复合材料的性能参数研究

  碳纤维因具有高比强度、高比模量等一些列优异性能,已经在航空、航天各领域得到了越来越广泛的应用,碳纤维的最终应用是借助于各种形式的复合材料。以国产T800碳纤维为增强体,以AG80环氧树脂为基体进行复合材料的制备和性能研究,为国产T800级高性能碳纤维复合材料后续应用中的结构及工艺设计提供参考。

  碳纤维复合材料力学性能的比较或转化率的高低,基础是复合材料中碳纤维的体积分数即树脂含量,如果预浸料含胶量不明确,最终的复合材料纤维含量未知,则无法断定其复合材料性能的好坏。为此,首先按照GB/T3855-2005《碳纤维增强塑料树脂含量试验方法》,对T800碳纤维/AG80环氧树脂复合材料中碳纤维比例进行了测定。本方法利用热硫酸将基体溶解后,含有增强材料的残余物经过滤、清洗、干燥、冷却后称重,根据复合材料和增强材料的密度进行纤维体积分数的计算结果平均数为62%。

  根据GB/T3354-1999《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》,试样长度230mm、宽度15±0.5mm、厚度~2mm。加强片材质为铝合金,长度50mm、厚度1.5mm。拉伸强度和拉伸模量测试加载速度均为2mm/min。选取5个有效试样进行记录和计算复合材料的拉伸强度和拉伸模量,其平均数分别是2662MPa和161GPa。

  根据GB/T3356-1999《单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法》,试样厚度h=~2mm、跨厚比l/h=32、宽度b=12.5±0.5mm、长度l=L+15mm。弯曲测试加载压头半径R=5mm,支座圆角半径r=2mm。弯曲强度和弯曲模量测试加载速度均为2mm/min。选取5个有效试样进行记录和计算复合材料的弯曲强度和弯曲模量,其平均数为1874MPa和157GPa。

  根据GB/T3856-2005《单向纤维增强塑料平板压缩性能试验方法》,试样    厚度h=~2mm、宽度b=~6mm、长度/=140mm。加强片材料为铝合金。 测试加载速度均为2mm/min。选取5个有效试样进行记录和计算复合材料的压缩强度和压缩模量,其平均数为1639MPa和158GPa。

  根据JC/T773-2010《纤维增强塑料短梁法测定层间剪切强度》,试样厚度h=~2mm、宽度b=~10mm、长度/=~20mm。测试加载压头半径R=2mm,支座圆角半径r=2mm。测试加载速度为2mm/min。选取5个有效试样进行记录和计算复合材料的压缩强度,其平均数为116MPa。

  以上所有测试结果的离散系数(Cv值)均低于5%,各项指标均达到T800级碳纤维增强环氧树脂基复合材料基本水平,但整体比较,与已经报道的东丽T800碳纤维增韧环氧树脂基复合材料体系相比较,国产T800/AG80复合材料的力学性能,特别是拉伸强度还较差一些,该体系现有的碳纤维转化率相较于增韧环氧树脂体系有些许不足,国产T800碳纤维的高强度力学性能优势还没有完全发挥出来。