碳纤维性能加固技术特点

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1、2.2结构　　碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构，通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大[7]。碳纤维各层面间的间距约为3.39～3.42Å，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。　　2.3性能特征　　碳纤维的化学性能与碳十分相似，在空气中当温度高于400℃时即发生明显的氧化，氧化产物CO2、CO在纤维表面散失，所以其在空气中的使用温度不能太高，一般在360℃以下。但在隔绝氧的情况下

2、，使用温度可大大提高到1500～2000℃，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）[8]。　　碳纤维有通用型（GP）、高强型（HT）、高模型（HM）、高强高模（HP）等多种规格，其性能指标见表3。表3碳纤维的规格与性能规格高强型HT高模型HM通用型GP高强高模型HP直径/um75~8 9~18强度/（×103Mpa）2.5~4.52.0~2.80.78~1.03.0~3.5模量/（×103Gpa）2.0~2.43.5~7.03.8~4.04.0~8.0伸长/%

3、1.3~1.80.4~0.82.1~2.50.4~0.5比重/（g/cm3）1.78~1.961.40~2.001.76~1.821.9~2.1　　碳纤维有如下的优良特性：①比重轻、密度小；②超高强力与模量；③纤维细而柔软；④耐磨、耐疲劳、减振吸能等物理机械性能优异；⑤耐酸、碱和盐腐蚀，可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性碳纤维；⑥3热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热；高温下尺寸稳定性好，不燃，热分解温度800℃，极限氧指数55；⑦导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好；⑧具有润滑性，不沾润在熔融金属中，可

4、使其复合材料磨损率降低；⑨生物相容性好，生理适应性强。　　碳纤维力学性能主要是抗张强度、弹性模量和断裂伸长等3个参数，变异系数即CV值=标准偏差/平均值×100(%)，碳纤维的CV值是设计构建的一项重要指标，如果碳纤维的CV值较小，涉及碳纤维拉伸强度等利用率高，可充分发挥其增强效果。在使用碳纤维时，大多制造成复合材料的结构件。对于同一性能的结构件，碳纤维的CV值越小，用量少，增强效果好；如果CV值较大，用量较多，构件笨重，增强效果差。表4为民用碳纤维的力学性能[9]。表4　民用碳纤维力学性能项目拉伸强度/GPa弹

5、性模量/GPa伸长率/%碳纤维3.302301.52CV值/%3.750.95-　　由表4可看出，所生产的碳纤维具有较高的强度和模量，而伸长率较低，表明该材料具有较大的刚性；同时材料的拉伸强度和弹性模量的CV值都较低，表明材料的均一性较好。3　　　4碳纤维相关标准　目前，我国针对碳纤维的性能及其在复合材料中的应用，制订了相关标准，现行碳纤维相关标准有：　　GB/T3362—2005碳纤维复丝拉伸性能试验方法，适用于1K～12K碳纤维复丝浸胶后测定其拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率。　　GB3362—1982碳纤

6、维复丝纤维根数检验方法（显微镜法），是适用于测定碳纤维复丝中的纤维根数。　　GB3364—1982碳纤维直径和当量直径检验方法（显微镜法），适用于测定圆形截面碳纤维的直径和异形截面碳纤维的当量直径。GB3365-1982碳纤维增强塑料孔隙含量检验方法（显微镜法）用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的孔隙含量。　　GB/T3355—2005碳纤维增强塑料树脂含量试验方法，适用于硫酸在一定条件下能使树脂基体完全分解又不过份地腐蚀纤维的碳纤维增强塑料。　　GB3366—1996碳纤维增强塑料纤维体积含量试验方法

7、，适用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的纤维体积含量。　　QJ3074—1998碳纤维及其复合材料电阻率测试方法，适用于航天产品用碳纤维及碳纤维复合材料电阻率的测试。3