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单向碳纤维复合材料的超低温力学性能

[导读]采用真空袋-热压罐工艺制备单向碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)层合板,并将高低温试验箱与万能试验机相结合,通过合理使用低温胶和低温引伸计,并在降温过程中实施应力应变实时调零等关键技术。

为了研究碳纤维复合材料单向板的弯曲破坏机制,同时分析超低温环境对复合材料弯曲性能的影响,分别对试样在室温条件下和超低温环境下弯曲破坏后的宏观形貌和微观形貌进行了分析。单向碳纤维复合材料试样的常温和超低温的宏观弯曲破坏形式,可以看出,常温和超低温下破坏的宏观现象相似,主要是层与层之间的分层剪切破坏。


结合弯曲试验现象及分析可知,单向板的弯曲破坏形式主要是层间剪切破坏,因此,纤维和基体的界面粘结程度对弯曲性能有较大的影响。在低温环境下,由于树脂基体的收缩,加强了纤维和基体之间结合力,属于强界面,而常温时的界面强度较弱。所以,在低温下,CFs/EP 试样较强的界面对弯曲载荷下的剪切破坏有较强的抵抗作用,这也是超低温条件下单向板复合材料试样弯曲性能变强的重要原因。


(1)单向碳纤维增强树脂基复合材料(CFs/EP)单向板的超低温拉伸强度较室温拉伸强度有所降低,而拉伸模量有所提高。试样在常温下的拉伸破坏形式呈明显的“爆炸式”,每根纤维的强度发挥率较高;而在超低温下,由于纤维和树脂的热膨胀系数有较大差异,树脂收缩形成纤维和树脂间的强界面,试样拉伸破坏形式呈明显的“劈裂式”,无法使每根纤维都充分发挥其强度,所以复合材料超低温拉伸强度有所下降。


(2)CFs/EP 单向板的超低温弯曲强度和弯曲模量均较室温弯曲性能有较大提高。常温和超低温下的弯曲破坏形式相似,主要是层与层之间的多次分层剪切破坏,在超低温下,由于CFs/EP 中的树脂收缩使纤维和树脂间界面强度提高,对弯曲载荷下的剪切破坏有较强的抵抗作用,从而提高了复合材料的弯曲性能。



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