碳纤维复合材料中的缺陷主要来源于两个方面:一种是原材料缺陷,另一种是制造缺陷。常见的缺陷类型有孔隙、夹杂、裂纹、疏松、纤维分层与断裂、纤维与基体界面开裂、纤维卷曲、富胶或贫胶、纤维体积百分比超差、纤维/基体界面结合不好等。下面小编具体来讲一下分层和孔隙这两种最常见的缺陷。
(图示:碳纤维复合材料)
分层是指层间的脱粘或开裂,是碳纤维复合材料结构中的典型缺陷。分层形成的原因有如下几个方面:基体纤维间热膨胀系数不匹配或储存时间过长;增强材料未经处理;含胶量过低;粘接剂选择不当或固化工艺不合理、加压点控制不准确;相邻铺层间的铺层间隔时间过长;树脂提前固化等。纤维铺层间的分层是碳纤维树脂基复合材料中最为严重的缺陷类型,它通过降低材料的压缩强度和刚度影响结构的完整性。在承受机械或热载荷的条件下,结构中的分层会发生传播,情况严重时将可能导致材料发生断裂。
孔隙是复合材料成形过程中形成的空洞,是碳纤维复合材料的主要缺陷之一。一般分为:延单纤孔隙(包括纤维束内孔隙)和层板孔隙。孔隙率小于1.5%时,孔隙为球形;孔隙率大于1.5%时,一般为柱形,孔隙与纤维轴向平行。碳纤维复合材料中的孔隙主要影响材料的层间剪切强度、纵向和横向弯曲强度与模量、纵向和横向拉伸强度与模量、压缩强度与模量等性能。有研究表明,孔隙率在0~5%之间,每增加1%,层间剪切强度下降7%,弯曲模量以5%左右的比例下降,其他性能以10%左右的比例下降。
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