碳纤维是由有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成的纤维状聚合物碳,其具有很高的抗拉强度,其抗拉强度是钢材的2倍和铝的6倍,模量是钢材的7倍和铝的8倍,与热塑性树脂复合后,更能进一步提高热塑性树脂的性能,扩大应用范围。
纤维增强树脂基复合材料的力学性能特点可以简单归纳为四点。第一,比强度高;第二,其力学性能呈现明显的方向差异性;第三,弹性模量和层间剪切强度低;第四,性能分散性大。
界面将基体和纤维连接成一个整体,并成为应力传递的桥梁。纤维与基体的相容性会影响到界面的完整性。如果相容不好,形成界面不完整,就会影响到应力的传递。因此,完整的界面层是保证复合材料界面层均匀应力传递,凸显优异性能的前提。对于复合材料的性能呈现,界面发挥着不可替代的作用,直接影响着复合材料的力学性能。牢固而完好的界面结合层,是可以大大提高复合材料横向拉伸程度和层间拉伸程度的。同样的,它也可以恰如其分地提高复合材料的横向及层间拉剪切模量和伸模量。
碳纤维实际上是一种韧性较差的纤维,当连接基体和纤维的界面是脆性的,断裂应变小,强度大的情况下,纤维很脆,断裂了,就直接导致裂纹顺着纤维的方向持续扩展,周边的纤维受到影响也相继断裂。由此可以推断,纤维增强复合材料的韧性不好。如果在此情况下,如果界面的结合强度不高,那么纤维断裂就会引起裂纹断裂的走向,沿界面扩展,在扩展路径中,凡是遇到纤维的缺陷部位和薄弱地段,裂纹自然的越过纤维,仍然沿界面扩展,最后就形成了曲曲折折的断裂途径。通过以上分析,不难看出,如果遇到基体、界面的断裂应变低值的情况,采取改善断裂韧性的措施,减弱界面强度,提高纤维延伸率是十分有效的办法。
关于碳纤维增强复合材料的研究目前主要集中在几点上。包括有:不同基体的成型工艺、碳纤维、力学性能、界面层设计、界面层性能等。由于碳纤维增强复合材料有很高的综合性能优势,而在成型工艺、力学性能的关注和研究颇少。探索是永无止境的,而探索精神永远引领人们寻找真理。