碳纤维增强树脂基复合材料的性能特点解析

  碳纤维增强树脂基复合材料是指以高分子聚合物为基体材料,用纤维作增强材料复合制备而成的。基体材料和增强材料必然各自发挥自己的优势作用。之所以用纤维作增强材料是因为纤维具有高强度和高模量的优点,所以是承载体的不二人选。而采用高分子聚合物作基体材料,是考虑其良好的粘接性能,可以将纤维和基体牢固的粘连起来。不仅仅如此,基体还需发挥均匀分散载荷的作用,通过界面层,将载荷传递到纤维,从而使纤维承受剪切和压缩的载荷。当两者存在良好的复合状态,并且使结构设计趋于最佳化,就能最大程度上发挥复合材料的综合性能。

  (1)抗疲劳性能好:所谓疲劳破坏指的是材料在承受交变负荷时,形成裂缝继续扩大而引起的低应力破坏。纤维增强树脂基复合材料的疲劳破坏的发生过程是,首先出现裂缝, 继而裂纹向进一步扩大的趋势发展,直到被基体和纤维的界面拦阻。在此过程中,纤维的薄弱部位最先被破坏,随之逐渐扩延到结合面。因此,纤维增强树脂基复合材料在疲劳破坏前存在明显的征兆,这与金属材料的疲劳发生截然不同。这也是它的抗疲劳性能好的具体表现。

  (2)高温性能好:纤维增强树脂基复合材料具有很好的耐热性能。将材料置于高温中,表面分解、气化,在吸热的同时又冷却下来。材料在高温下逐渐消失的同时,表面又有很高的吸热效率。这些都是材料高温性能卓越的物理特征。

  (3)高比强度和比模量:纤维增强树脂基复合材料具有高比强度和高比模量的特征。甚至在和钢、铝、钛等金属材料相比,它的力学性能也十分出色。这种材料在宇航工业中,受到极大的应用。

  (4)安全性能好:纤维增强树脂基复合材料中分布的纤维数量巨大,并且密度强,用数据来说明的话,每平方厘米的复合材料上的纤维数量少则几千根,多则达到上万根。即便材料超负荷,发生少量纤维的断裂情况,载荷也会进行重新分配,着力在尚未断裂的纤维部分。因此,短时间内,不会影响到整个构件的承载能力。

  (5)设计的可操作性强:当复合材料需要符合性能和结构的设计需求时,可以通过很多方法来实现。包括改变基体和纤维的品种,调整它们的含量比例,也可以通过调整纤维的层铺结构和排列方式来实现。因此,可以说,纤维增强树脂基复合材料有很强的设计可操作性。

  (6)成型工艺简单易成:成型工艺过程十分简单易成,因其制品大多都是整体成型,无需使用到焊接、切割等二次加工,工艺流程简单好操作。一次性成型不仅可以减少加工的时间,同时减少了零部件、紧固件、接头的损耗,使结构更趋于轻量化。

  (7)减震性能好:高的自振频率可以对工作状态下的早期破坏起到规避和防范的作用。自振频率和材料比模量的平方根成正比,和材料结构也息息相关。纤维增强树脂基复合材料的基体界面和纤维因为具有吸振能力,所以能够起到很好的减震效果。

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