T700碳纤维复合材料力学性能分析_江苏博实碳纤维科技有限公司

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碳纤维是上世纪60年代兴起的一种新型碳材料，具有耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、尺寸稳定性好，高比强、高比模等优点，是一种理想的功能、结构材料。最初发展的领域是宇航工业和军用产品，但是如今应用领域扩展极快，具有良好的应用前景。

日本的东丽、东邦、三菱三大集团几乎包揽了小丝束碳纤维的制造。本文对东丽（TORAY）、东邦（TOHO)两大公司生产的相同丝束的高性能T700碳纤维制成的单向纤维复合材料板材（简称单向板）的基本力学性能进行测试，提供其性能对比数据。对产生差异的数据进行理论分析，供在产品中使用此类纤维的技术人员参考选择。

按照相关国标标准制作并测试试验样条，TORAY-T700单向板试样最开始发出轻微声响是在接近破坏值10%左右时；而TOHO-T700单向板试样最开始发出轻微声响是在接近破坏值20%左右时。但两组试样的载荷无滑落现象，直至伴随剧烈声响，试样完全破坏，载荷值迅速回落。TORAY-T700单向板的0°拉伸强度为1830.7MPa，0°拉伸模量为99.2GPa；而TOHO-T700单向板对应参数为1690.7MPa和109.3GPa。前者树脂含量为37.1%，后者为35.4%。

通过测试其压缩性能可知，TORAY-T700单向板0°压缩强度为895MPa,压缩模量为97.9GPa，90°压缩强度为125.4MPa，压缩模量为7GPa。而TOHO-T700单向板的0°压缩强度为889.7MPa,压缩模量为105.4GPa，90°压缩强度为122.6GPa，压缩模量为7.9GPa。试验结果表明两种纤维具有相近的抗压能力。

此外，纤维与基体的界面性能是影响复合材料性能的重要参数。若弱，增强材料无法发挥其作用，结果是复合材料的强度降低。若强，复合材料的抗损伤性能较弱，结果是断裂韧性降。在复合材料产品设计方面更重视界面性能，通常设计要考虑界面层的强度、厚度、应力等。本文通过复合材料通用的横向拉伸性能和层间剪切性能来考察两种纤维的界面性能。

考察复合材料基体性能的横向拉伸试验方法，及常用的测定层间剪切强度的短梁剪切试验方法，试件难免产生层间应力和应变，如自由边、厚度变化等。当试件厚度方向的应力超过其强度值时，会引发层裂。通过测试可知，TORAY-T700单向板的90°拉伸强度为31.3MPa，90°拉伸模量为7.4GPa，层间剪切强度为71.9MPa；TOHO-T700单向板的90°拉伸强度为31.3MPa，90°拉伸模量为7.8GPa，层间剪切强度为67.9MPa。

通过以上的试验和分析结果我们可知同TOHO-T700碳纤维相比较，TORAY-T700碳纤维对于纵向拉伸要求较高的产品，是较为适用的增强材料。TOHOT-700碳纤维拉伸强度较差的原因可能来自于纤维本身和隐含缺陷较多造成。通过标准方法对TORAY与TOHO两种T700碳纤维进行单向板压缩性能、单向板层间界面性能比较，两者抗压性能，界面性能相近。

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