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碳纖維制品資訊:PAN碳纖維的力學(xué)性能

文章出處:網(wǎng)絡(luò)責(zé)任編輯:編輯人氣:發(fā)表時間:2021-03-27【

  眾多研究發(fā)明,強(qiáng)度跟模量似乎是碳纖維中彼此抵觸的一對物理量。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強(qiáng)度大,硬度高,遠(yuǎn)超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱耍饲笆澜缟咸祭w維技術(shù)發(fā)達(dá)的國家(美國、德國、日本、韓國),對于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù),保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前,我國碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口,還受到發(fā)達(dá)國家的嚴(yán)格控制。碳纖維復(fù)合材料以碳纖維預(yù)浸布為原材料,通過不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。在大幅度地進(jìn)步碳纖維的模量時,其強(qiáng)度會明顯減低;而當(dāng)堅持碳纖維的高強(qiáng)度時,又很難大幅度地進(jìn)步碳纖維的模量,這是由碳纖維的實(shí)際結(jié)構(gòu)決定的。因?yàn)樘祭w維是一種脆性資料,缺乏塑性變形,拉伸時應(yīng)力易集中在裂紋尖端而不易跟緩開釋,為了消除集中的應(yīng)力,裂紋就會敏捷擴(kuò)大跟傳播,并形成新的名義。 123,123

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   碳纖維的斷裂機(jī)理有兩種:脆性斷裂跟剪切斷裂,脆性斷裂個別產(chǎn)生在微晶尺寸較小的高強(qiáng)碳纖維中;而剪切斷裂重要產(chǎn)生在微晶尺寸較大、緊縮強(qiáng)度較低的高模碳纖維中。碳纖維制品廠家主要是由碳元素組成的一種特種纖維,其含碳量隨種類不同而異,一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性,如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等,但與一般碳素材料不同的是,其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物,沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小,因此有很高的比強(qiáng)度。   碳纖維的拉伸強(qiáng)度跟彈性模量與碳化溫度的存在一定的關(guān)聯(lián),拉伸強(qiáng)度隨著熱處理溫度的升高顯現(xiàn)先增高后降落的趨勢,在1600℃左后強(qiáng)度呈現(xiàn)最大值,而在2000-3000℃拉伸強(qiáng)度顯現(xiàn)平穩(wěn)趨勢。而彈性模量則隨著處理溫度的升高而逐步增高,這重要是因?yàn)樘祭w維在高溫前提下,結(jié)晶度、取向度跟石墨化水平均增大。  從上圖可知,PAN基高模碳纖維的機(jī)能與PAN基高強(qiáng)碳纖維的機(jī)能存在一定的差距。從M40到M50碳纖維的拉伸強(qiáng)度略有降落,但彈性模量大大進(jìn)步;而從M35J到M65J碳纖維的強(qiáng)度誠然也略有降落,但比較于M系列已經(jīng)大大進(jìn)步了,彈性模量從343GPa增加到640GPa,增加了將近一倍,纖維的直徑也在趨于細(xì)旦化,從6.5μm降落到了4.7μm。T300到T1000G強(qiáng)度進(jìn)步了近一倍,而模量進(jìn)步的幅度很小,強(qiáng)度最高的T1000G的模量值也僅達(dá)到了294GPa。

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