以碳纤维为增强体制备的高性能复合材料由于具有高比强度、高比刚度、高比模量,耐疲劳、耐辐射、耐化学腐蚀以及可设计性强等一系列优异性能而被广泛应用于航空、航天等领域。
目前,高性能碳纤维产品已逐渐由T发展到T甚至T和T等。国内T、T等通用级碳纤维已有较多的研究与应用,对于T级碳纤维因刚实现产业化生产,相关研究和应用方面的报道很少,本文以某国产T碳纤维为例来研究测试复合材料层压板的力学参数。
国产T碳纤维理论拉伸强度为MPa,伸长率为2.2%,拉伸模量GPa。通过下图可知两家国产T级碳纤维复丝强度、断裂伸长率均稍低于进口T,拉伸模量与进口T相当。
通过实验机器对复合材料样条进行测试可知,国产T级碳纤维单向板拉伸强度为MPa、拉伸模量为GPa、层间剪切强度为75MPa,均低于进口T碳纤维,进口T碳纤维单向板拉伸强度为MPa、拉伸模量为GPa、层间剪切强度为95MPa。
国产T级碳纤维单向板90°拉伸强度平均值为42MPa,均略低于进口T碳纤维(60MPa)。通过肉眼直接观察试样,国产T级单向板的纤维和树脂基体断面比较齐整,但无明显的纤维拔出现象。在90°拉伸过程中,载荷方向与纤维方向呈90°,由于碳纤维/环氧树脂复合材料的界面强度较低,因此界面处先发生开裂,随着裂纹的扩展,最终导致单向板发生破坏。
国产T级碳纤维表面光滑,均无明显可见的凹凸、毛刺或沟槽等;断口基本呈现为规整的圆形,且圆度好,但国产T级碳纤维力学强度略低于进口T碳纤维性能。这是由于国产T级碳纤维采用干喷湿纺的工艺生产,纤维表面较为光滑,与树脂基体之间的机械锚钉作用较弱,界面粘接能力较低。