虽然电子束固化碳纤维复合材料具有许多热压成型不具备的优点,但是要使电子束固化工艺在碳纤维复合材料工业中得到广泛的应用,仍有许多问题需要研究。
1、纤维与树脂之间的弱界面。电子束固化树脂浇铸体具有较好的性能,但碳纤维复合材料层压板的层间剪切强度和横向拉伸强度较低,这说明利用电子束固化工艺制造的碳纤维复合材料中纤维/基体界面性能较弱,除了层间剪切强度较低外,电子束固化碳纤维复合材料的抗弯强度、模量和抗压强度、模量等力学性能已赶上热固化碳纤维复合材料。电子束能量沉积在增强体和树脂基体之间存在差别,有明显的边界效应,这种现象势必影响到碳纤维复合材料的界面性能,值得研究。电子束固化碳纤维复合材料弱界面是亟待解决的问题。
2、空隙率较高。电子束固化碳纤维复合材料过程中模具材料的厚度受到限制,而较薄模具的耐压性较差。缺乏高温高压的环境条件容易使碳纤维复合材料中的空隙率增加。在电子束固化工艺中,关于空隙率、纤维体积含量的变化等都需要进一步的探索,以有效地控制电子束固化碳纤维复合材料性能的长效性,提高制件质量的稳定性。
电子束固化预成型碳纤维复合材料的空隙率超过5%,因此电子束固化工艺的完善包括控制空隙率方法的开发。采用低粘度适于电子束固化的树脂体系,在电子束固化过程中从外部施加压力和固化前的冷压实或热压实是较好的方法。空隙率的降低使碳纤维复合材料的抗压、抗弯、抗拉性能得到提高。
此外,缺乏对电子束固化碳纤维复合材料的固化机理的研究也是阻碍电子束固化树脂基碳纤维复合材料发展的一个重要因素。在电子束固化碳纤维复合材料中,基体的作用也是至关重要,它决定碳纤维复合材料在什么领域应用的问题。一般来讲,碳纤维复合材料改性是指在满足基本性能要求的组成材料确定以后,在其他性能上有所突破的研究。
电子束固化复合材料在航天领域已初露锋芒,在纤维缠绕火箭发动机壳体中得到应用,利用电子束固化工艺成功制造了远程光纤制导导弹的整体燃料箱及其发动机进气道的样件。船舶制造业中利用电子束固化复合材料结构,在生产成本、速率,设计自由度和环境影响方面都得到改善。但是要使电子束固化复合材料技术推广应用还有许多问题需要解决,其中弱界面问题是关键,电子束固化复合材料层间剪切强度低于传统热固化高达19%-28%。
界面作为复合材料的“心脏”决定了复合材料综合性能发挥。界面问题的解决对电子束固化复合材料技术的应用具有重要意义。从1999年春季开始,西方发达国家成立专门机构进行电子束固化复合材料界面性能研究。在国内,电子束固化复合材料的界面研究尚属空白。
阅读延伸:《电子束固化碳纤维复合材料的优越性》