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碳纤维零部件拉伸性能受哪些因素影响?

2023-02-17 15:298620
 因素一:原材料选择

不同型号等级的碳纤维和树脂基体在性能上存在着较大的差异,例如,采用504树脂作为加强树脂的碳纤维复合材料零部件的拉伸强度明显高于E44环氧树脂基碳纤维复合材料零部件。采用更高等级的碳纤维原丝制作出的碳纤维复合材料以及后期的零部件产品的拉伸强度都有相应的更好表现。国内碳纤维零部件制造商智上新材料科技一般会根据零部件的应用要求,例如在考虑零部件的耐高温、耐磨、防火等特定要求后,兼顾拉伸抗疲劳等基本需求,选择具性价比的复合材料原材料。

因素二:界面处理

碳纤维与树脂基体形成的界面层,对碳纤维在复合材料中的强度转化有重要的影响。界面层是树脂基体与纤维的中间过渡层,起连接、扩散和传递的作用,具有一定的厚度。理想状态的界面,碳纤维与树脂的结合是均匀而完整的,不存在空隙。因为复合材料的拉伸性能与界面层的应力转移效率密切相关,而应力转移的效率,主要取决于界面结合的强弱。上浆剂作为界面层的主要构成部分,能够提高碳纤维与树脂的界面结合强度,同时减少纤维的工艺损伤。存在佳的上浆量值,能够使碳纤维与树脂的结合强度更高。

因素三:固化温度

在碳纤维零部件的制作过程中,固化温度是较为重要的工艺指标。智上新材料指出,同样树脂体系的碳纤维复合材料零部件在不同的温度条件下固化,终成品的性能差距较大。如果加热时间不够或温度过低往往会导致树脂不能完全固化,而加热时间过长或温度过高则容易导致树脂刚性增大,使复合材料零部件的拉伸强度下降。因此,制作碳纤维零部件时的温度指标直接影响到零部件成品的拉伸性能。

因素四:开孔等零部件加工工艺

在材料与部件尺寸一定的情况下,随着孔径的不断增大,零部件横截面承受拉伸的面积就会相对减少,从而导致零部件拉伸强度降低。而对于含不同孔型的碳纤维复合材料零部件来说,含圆孔的拉伸强度大。这是因为圆形孔的孔边缘圆滑,应力集中小,而方形孔的边角处则会产生较大的应力集中,导致方形孔更容易开裂。所以,智上新材料建议,碳纤维零部件必须打孔的时候,选圆形孔,且孔径越小越好。

因素五:零部件工作环境

碳纤维复合材料零部件工作环境中的温度以及温差变化、空气湿度对零部件的拉伸性能有显著影响。碳纤维零部件的拉伸强度随高低温循环周期的增加整体呈现先降低再升高再降低的变化趋势。在使用中,碳纤维零部件的树脂基体与碳纤维界面会产生极细微的裂纹,而湿度-荷载的耦合作用会促进这种裂纹的扩展,进而影响到碳纤维零部件拉伸性能表现。智上新材料建议,一方面可以从原材料选择角度减少这种消极因素的影响,另一方面尽可能地减少工作环境中的不良因素。

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