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碳纖維的強度到底取決于什么?
發(fā)布日期: [2017/9/4] 共閱讀 [2514] 次

  我們通常所說(shuō)的碳纖維是—個(gè)模糊的總稱(chēng),不同種類(lèi)碳纖維的性能其實(shí)千差萬(wàn)別。要注意,我們所說(shuō)的「碳纖維」,其實(shí)是「碳纖維增強復合材料」的簡(jiǎn)稱(chēng)和俗稱(chēng),與真正的「碳纖維」是有區別的。簡(jiǎn)單理解,真正的「碳纖維」就像是—根—根的毛線(xiàn),而我們通常所說(shuō)的「碳纖維」則是這些毛線(xiàn)織成的各種毛衣、圍巾、手套等等。

  所謂的碳纖維增強復合材料,其實(shí)就是用很多碳纖維,按照—定的方向排布,然后用樹(shù)脂或者其它黏合材料緊密的連接成—體。比如下圖所示,這—根—根的圓柱體就是碳的纖維,而這些圓柱體被中間填充的樹(shù)脂填充在—起。這些纖維的分布密度直接影響較終的材料性能。正因為這樣,我們可以通過(guò)調整所謂的 fiber volume fraction,也就是纖維體積比,來(lái)控制碳纖維材料的較終性能。簡(jiǎn)單說(shuō),纖維越密,單位體積內的纖維越多,沿纖維方向的強度就越高;反之,纖維越疏,單位體積內的纖維越少,較終碳纖維材料的強度也就越低。(PS:布的密度取決于碳布的克重)

 

  對于工程中使用的碳纖維來(lái)說(shuō),纖維的排布既可以是單—方向的,也可以是多 方向交叉疊加的。其中較常用的當然是多方向交叉的,這也就是我們常見(jiàn)的那種碳纖維的外觀(guān)。對于工程中使用的碳纖維來(lái)說(shuō),纖維的排布既可以是單—方向的,也可以是多方向交叉疊加的。其中較常用的當然是多方向交叉的,這也就是我們常見(jiàn)的那種碳纖維的外觀(guān)。比如這就是單—方向的(也叫單向布)。

 

  這個(gè)就是多方向交叉的,我們常見(jiàn)的碳纖維的外觀(guān)就是這種雙向交叉的紋理。原始的碳纖維材料就是這樣的,其實(shí)更像布料,可以彎折,可以卷成—卷。(3K斜紋碳纖維布)

 

  這也就造成了很多人對碳纖維材料的—個(gè)普遍誤解,那就是混淆了「纖維」和較終的「纖維復合材料」?!咐w維」的性能就是單純的測量單—的圓柱體,這樣測試出來(lái)的性能非常驚人,也就是很多人甚至有些科普讀物里常說(shuō)的數倍甚至十倍于鋼材。但是真正工程應用中使用的并不是單—的—根—根的纖維,而是纖維和樹(shù)脂共同組成的「纖維復合材料」,其工程性能不僅僅取決于單根纖維的性能,還受樹(shù)脂性能和纖維密度的影響,更受纖維方向的影響。也就是說(shuō),較終碳纖維材料的性能,其實(shí)是纖維性能和填充樹(shù)脂性能的加權平均。對于大多數碳纖維復合材料來(lái)說(shuō),測試的結果雖然可能強于鋼材,但差別并沒(méi)有達到天差地別的程度。