碳纤维是具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、低热膨胀系数等特性的先进材料，其中，M40J（12K）碳纤维是日本东丽公司研发的“MJ”系列高强、高模型材料，被广泛应用于航空航天、军品和高端民品领域。本文对日本东丽进口的M40J碳纤维单向层压板进行基础性能测试和总结，以便为工艺设计提供基础参数。

　　根据制造厂商提供M40J碳纤维丝的性能数据可知，其密度为1.77g/cm3，抗拉强度为4410MPa，弹性模量为377GPa，断后伸长率为1.2%。纤维体积含量、胶含量、密度和固化度是影响材料性能的主要因素，纤维是增强体，树脂支撑增强体并传递载荷，应力通过树脂与纤维粘合键传递，通常碳纤维体积含量在57%-63%时，碳纤维复合材料的单向板性能最好。

　　M40J碳纤维单向板的拉伸性能包括纵向（0°）、横向（90°）抗拉强度和弹性模量，以及泊松比，依据GB/T3354-1999《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》进行测试得到的数据可知0°方向拉伸强度平均值为1886MPa，拉伸模量为221MPa，泊松比为0.29；90°的拉伸强度为23.3MPa，抗拉模量为9GPa。

　　M40J碳纤维单向板的压缩性能包括纵向（0°）、横向（90°）抗压强度和弹性模量，依据GB/T3856-2005《单向纤维增强塑料平板压缩性能试验方法》进行测试得到的数据可知，0°抗压强度为1075MPa，抗压模量为202GPa；90°抗压强度为155MPa，弹性模量为8.3GPa。

　　M40J碳纤维单向板抗剪性能差是其典型的弱点，特别是在由基体决定材料性能的界面上，其抗剪性能更差。面内剪切是对单向板而言，剪应力方向与平板纵轴和横轴平行的剪切应力状态，依据GB/T3355-2005《纤维增强塑料纵横剪切试验方法》进行试验。层间剪切试验采用短梁法，跨高比为5，依据JC/T773-1996《单向纤维增强塑料层间剪切强度试验方法》进行试验得到的数据可知面内剪切强度平均值为20.8MPa，剪切模量为5.94GPa，层间剪切强度60MPa；空隙对层间性能影响明显，空隙率达到1%后，每增加1%，层间剪切强度随之降低4%~7%。

　　弯曲试验采用简支梁三点弯曲中心加载方式，跨高比为32，依据GB/T3356-1999《单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法》进行试验得到的数据可知0°抗弯强度平均值为1585.4MPa，弯曲模量为190.13GPa。

　　通过以上完整的M40]碳纤维丝和单向层压板的性能试验数据，纤维体积含量适中，为62.20%；空隙率极小，<0.01；胶含量为30.78%，密度为1.5904g/cm°，固化度为97.80%，泊松比为0.30，力学性能较好。

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