碳纤维复合材料的综合性能有高有低,高的可以应用在火箭卫星上,低的可能连一半的运动装备都不建议采用。这是因为碳纤维复合材料的性能稳定性存在较大的差异,来看看产生性能缺陷最常见的2种原因。
 
碳纤维复合材料产生缺陷的2种原因和状态
 
    碳纤维复合材料产生缺陷的2种原因
 
    碳纤维复合材料性能缺陷的原因分为原材料和制作这2个方面,出现缺陷后常见的类型有空隙、夹杂、裂纹、疏松、纤维分成与断裂、纤维与基体界面开裂、纤维卷曲、富胶或贫胶、纤维体积百分比超差、纤维/基体界面结合不好等。
 
    原材料本身存在缺陷,以及制作过程中工艺存在问题,都会导致碳纤维复合材料的性能缺陷问题。在这些众多的缺陷中,分层和空隙是最常见的,也是影响最大的。
 
    碳纤维复合材料的2种缺陷状态
 
    1、分层:碳纤维分层是指层间的脱粘或开裂,是碳纤维复合材料结构中的典型缺陷。分层形成的原因有如下几个方面:基体纤维间热膨胀系数不匹配或储存时间过长;增强材料未经处理;含胶量过低;粘接剂选择不当或固化工艺不合理、加压点控制不准确;相邻铺层间的铺层间隔时间过长;树脂提前固化等。纤维铺层间的分层是碳纤维树脂基复合材料中最为严重的缺陷类型,它通过降低材料的压缩强度和刚度影响结构的完整性。在承受机械或热载荷的条件下,结构中的分层会发生传播,情况严重时将可能导致材料发生断裂。
 
    2、孔隙:是复合材料成形过程中形成的空洞,是碳纤维复合材料的主要缺陷之一。一般分为:延单纤孔隙(包括纤维束内孔隙)和层板孔隙。孔隙率小于1.5%时,孔隙为球形;孔隙率大于1.5%时,一般为柱形,孔隙与纤维轴向平行。碳纤维复合材料中的孔隙主要影响材料的层间剪切强度、纵向和横向弯曲强度与模量、纵向和横向拉伸强度与模量、压缩强度与模量等性能。有研究表明,孔隙率在0~5%之间,每增加1%,层间剪切强度下降7%,弯曲模量以5%左右的比例下降,其他性能以10%左右的比例下降。
 
    想要降低碳纤维复合材料的缺陷出现几率,得从原材料选择、制作工艺改进和制造设备升级等多个方面努力,还需要做好碳纤维复合材料成品的批量检测。