碳纖維組成結(jié)構(gòu)

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(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。 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(guī)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(jié)構(gòu)看成由兩維有序的結(jié)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(fù)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(xué)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(nèi)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(huán)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(yīng)力集中區(qū)，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(yǎng)護周期運用不同的預(yù)浸方法和制造方式)，它們也表現(xiàn)處完全不同的力學(xué)行為。力學(xué)性能隨孔隙率的增加而下降的具體數(shù)值不同，表現(xiàn)為孔隙率對力學(xué)性能的影響離散性大且重復(fù)性差。由于包含大量可變因素，孔隙對復(fù)合材料層壓板力學(xué)性能的影響是個很復(fù)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(xué)性能;靜態(tài)或者動態(tài)的荷載。

相對于孔隙率和孔隙長寬比，孔隙尺寸、分布對力學(xué)性能的影響更大些。并發(fā)現(xiàn)大的孔隙(面積>0.03mm2)對力學(xué)性能有不利影響，這歸因于孔隙對層間富膠區(qū)的裂紋擴展的產(chǎn)生影響。

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