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碳纖維的組成構造是這樣的?


  碳纖維是含碳量高于90%的無機高分子纖維。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。碳纖維的微觀結構類似人造石墨,是亂層石墨結構。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A,各平行層面間的各個碳原子,排列不如石墨那樣規整,層與層之間借范德華力連接在一起。
  通常也把碳纖維的結構看成由兩維有序的結晶和孔洞組成,其中孔洞的含量、大小和分布對碳纖維的性能影響較大。
  當孔隙率低于某個臨界值時,孔隙率對碳纖維復合材料的層間剪切強度、彎曲強度和拉伸強度無明顯的影響。有些研究指出,引起材料力學性能下降的臨界孔隙率是1%-4%。孔隙體積含量在0-4%范圍內時,孔隙體積含量每增加1%,層間剪切強度大約降低7%。通過對碳纖維環氧樹脂和碳纖維雙馬來亞胺樹脂層壓板的研究看出,當孔隙率超過0.9%時,層間剪切強度開始下降。由試驗得知,孔隙主要分布在纖維束之間和層間界面處。并且孔隙含量越高,孔隙的尺寸越大,并顯著降低了層合板中層間界面的面積。當材料受力時,易沿層間破壞,這也是層間剪切強度對孔隙相對敏感的原因。另外孔隙處是應力集中區,承載能力弱,當受力時,孔隙擴大形成長裂紋,從而遭到破壞。
  即使兩種具有相同孔隙率的層壓板(在同一養護周期運用不同的預浸方法和制造方式),它們也表現處完全不同的力學行為。力學性能隨孔隙率的增加而下降的具體數值不同,表現為孔隙率對力學性能的影響離散性大且重復性差。由于包含大量可變因素,孔隙對復合材料層壓板力學性能的影響是個很復雜的問題。這些因素包含:孔隙的形狀、尺寸、位置;纖維、基體和界面的力學性能;靜態或者動態的荷載。
  相對于孔隙率和孔隙長寬比,孔隙尺寸、分布對力學性能的影響更大些。并發現大的孔隙(面積>0.03mm2)對力學性能有不利影響,這歸因于孔隙對層間富膠區的裂紋擴展的產生影響。
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