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碳/碳【环氧板】材料的性能


CIC
环氧板材料的制备要经历十分复杂的过程,在此过程中纤维、基体均要发生不同的物理化学变化并产生相互作用,包括如下几点。

①有机浸渍剂热解为基体碳时会发生60%~65%的体积收缩,产生严重的工艺应力,从而导致环氧板材料损伤。

②碳纤维/树脂界面转化为碳纤维/碳基体界面,界面特性发生变化。

③织物编制、热处理、工艺应力及纤维/基体相互作用,引起纤维性能变化。

④纤维/基体热膨胀失配,热处理时会产生严重的热应力和材料损伤。

C/C
环氧板材料的性能与碳纤维的品种、预制体编织物结构、基体的前驱体以及制备工艺等有关。

1.力学性能

/碳环氧板材料为脆性材料,断裂破坏时应变很小,仅有0.12%~2.4%,但其应力一应变曲线上却有“假塑性效应”。即有塑性变形阶段。原因可能是由于增强体的取向变化,导致裂纹不能进一步迅速扩展所致
/碳环氧板材料的强度与增强纤维的方向和含量密切相关,在平行纤维轴向的方向上拉伸强度和模量较高,在偏离纤维轴向方向上的拉伸强度较低。一般来说,随着纤维体积分数的增加,碳碳
环氧板材料的强度和模量升高,即符合以下规律
σ.(Z)~V(Z)σq
σ(Z,X)=V;(Z,X)σ
o(X,Y,Z)~V;(X,Y,Z)σp

式中,σ。为环氧板材料的强度: V为纤维为体积分数: σ为纤维强度:x Y、z为纤维方向。由于碳/碳环氧板材料制造工艺复杂,并经受高温处理,碳纤维在工艺过程中损伤严重,致使碳纤维在碳碳环氧板材料中的强度保持率较低。如ID碳/碳环氧板材料的最高拉伸强度为900MPa,弯曲强度达1350MPa.由于纤维织构的影响,碳/碳环氧板材料的力学性能表现出明显的差异性。

界面是
环氧板材料的重要微结构,高性能环氧板材料主要依赖纤维/基体间的强界面结合来传递载荷,但界面结合强度太高也会使环氧板材料表现出均匀脆性材料的行为。如果界面结合强度适当,裂纹将在界面偏转,材料表现出“伪塑性"和非线性。纤维/基体界面结合强度主要依赖于纤维表面性能、基体和工艺条件,在结构环氧板材料中为了改善界面结合强度,通常采取纤维表面处理的方法来实现。碳/碳环氧板材料兼备有碳和碳纤维增强体的突出性质,碳纤维赋予此环氧板材料高强度和抗冲击性,如果没有这种增强体,碳基体不可能具备这种性能。在中温时,碳/碳环氧板材料的强度约比超耐热合金低;但在高温条件下,金属合金的强度迅速下降,碳/碳环氧板材料的强度却反而略有提高。

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