碳纤维板力学性能
碳纤维材料
氧化，生成CO与CO2；
5.碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收 有毒气体和减速中子等特性。
碳纤维材料
碳纤维的分类
碳
纤
按状态分为长丝、短纤
维
维和短切纤维；按力学性能
的
分为通用型和高性能型 。高 性能型碳纤维又分为高强型 和高模型，强度再大的还有
分 类
超高强型和超高模型。随着
航天和航空工业的发展，还
二、热膨胀系数小
绝大多数碳纤维本身的热膨胀系数（固体在温度每升 高1K时长度或体积发生的相对变化量），室内为负数（0.5～-1.6）×10^-6/K，在200～400℃时为零，在小于
1000℃时为1.5×10^-6/K。由它制成的复合材料膨胀系
数自然比较稳定，可作为标准衡器具。
碳纤维数显卡尺
三、导热性好
聚丙烯腈(PAN)
纺丝
PAN原丝
预氧化炉
炭化炉 电解质溶液碳酸氨 上浆剂溶液EP树脂
预氧化 炭化 表面处理 碳纤维
废气处理工 程
收丝、包装
碳纤维成品
PAN基碳纤维生产的流程图
碳纤维材料
物理性质
1.碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加
物 理 性
工性两大特征； 2.它的重量很轻；
3.碳纤维具有极好的纤度（是9000m长纤维的 克数)；
质 4.在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受
3000℃以上的高温，具有突出的耐热性能；
5.碳纤维要温度高于1500℃时强度才开始下降 ，而且温度越高，纤维强度越大；
6.另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在 液氮温度下也不脆化。
碳纤维材料
化学性质
化
学 性
1.碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤 维 。所以它化学性质与碳相似；
碳纤维混凝土板的力学性能与受力性能研究
碳纤维混凝土板的力学性能与受力性能研究一、研究背景碳纤维混凝土是一种新型的复合材料，由于其具有高强度、高韧性、耐腐蚀等特性，被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等领域。
其中，碳纤维混凝土板作为一种重要的结构材料，在建筑领域中的使用也越来越多。
因此，对碳纤维混凝土板的力学性能和受力性能进行研究，有助于提高其应用效果，推动其在建筑领域的应用。
二、碳纤维混凝土板的力学性能研究1. 强度测试采用拉伸试验和压缩试验测试碳纤维混凝土板的强度，得出其抗拉强度和抗压强度。
实验结果表明，碳纤维混凝土板的抗拉强度和抗压强度均较高，远高于传统混凝土材料。
2. 弹性模量测试采用弯曲试验测试碳纤维混凝土板的弹性模量，得出其在弹性阶段的变形特性。
实验结果表明，碳纤维混凝土板的弹性模量较高，具有较好的弹性恢复性能。
3. 断裂韧性测试采用缺口梁试验测试碳纤维混凝土板的断裂韧性，得出其在破坏前吸收的能量量。
实验结果表明，碳纤维混凝土板的断裂韧性较高，具有良好的抗裂性能。
三、碳纤维混凝土板的受力性能研究1. 拉伸受力性能通过拉伸试验研究碳纤维混凝土板的拉伸受力性能，了解其在受拉力下的破坏机制和应力分布情况。
2. 压缩受力性能通过压缩试验研究碳纤维混凝土板的压缩受力性能，了解其在受压力下的破坏机制和应力分布情况。
3. 弯曲受力性能通过弯曲试验研究碳纤维混凝土板的弯曲受力性能，了解其在受弯曲力下的破坏机制和应力分布情况。
4. 剪切受力性能通过剪切试验研究碳纤维混凝土板的剪切受力性能，了解其在受剪切力下的破坏机制和应力分布情况。
四、碳纤维混凝土板的应用前景碳纤维混凝土板具有优异的力学性能和受力性能，可广泛应用于建筑领域。
在建筑结构中，碳纤维混凝土板可用于承载板、墙板、楼板等，能提高结构的整体强度和稳定性。
此外，在特殊环境下，如海洋、化工等领域中，碳纤维混凝土板也具有广阔的应用前景。
五、结论通过对碳纤维混凝土板的力学性能和受力性能进行研究，得出其具有高强度、高韧性、优异的弹性恢复性能和抗裂性能等特性。
碳纤维复合材料力学性能研究进展
包 装 工 程第44卷 第21期 ·36·PACKAGING ENGINEERING 2023年11月收稿日期：2023-05-30基金项目：国家自然科学基金（12172344） *通信作者碳纤维复合材料力学性能研究进展段裕熙，张凯*，徐伟芳，陈军红，龚芹（中国工程物理研究院总体工程研究所，四川 绵阳 621999）摘要：目的 综述碳纤维复合材料这一热结构材料的力学性能研究进展，推进碳纤维复合材料的研制和应用。
方法 采用文献调研法，梳理和汇总国内外有关碳纤维复合材料力学性能的研究内容，对二维复合材料、针刺复合材料及三维编织复合材料3种结构进行性能影响因素分析。
结论 影响碳纤维复合材料静态和动态力学性能的因素主要有温度、应变率、密度等，提出应进一步开展碳纤维复合材料在多因素耦合及高温动态性能方面的研究。
关键词：碳纤维复合材料；静态力学性能；动态力学性能；三维编织复合材料 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)21-0036-10 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.21.005Mechanical Property of Carbon Fiber CompositesDUAN Yu-xi , ZHANG Kai *, XU Wei-fang , CHEN Jun-hong , GONG Qin(Institute of Systems Engineering, China Academy of Engineering Physics, Sichuan Mianyang 621999, China) ABSTRACT: The work aims to explore recent advancements in the mechanical properties of carbon fiber composites for thermal structural applications, with the objective of promoting the development and utilization of carbon fiber composites. Through a comprehensive literature review, the current research status on the mechanical properties of carbon fiber composites was summarized, and the factors affecting the static and dynamic mechanical properties of 2D composites, needled composites, and 3D woven composites were analyzed. The results indicate that factors affecting the static and dynamic mechanical properties of carbon fiber composites include temperature, strain rate, density, et al. And further investigations are necessary in multi-factor coupling and high temperature dynamic properties of carbon fiber composites. KEY WORDS: carbon fiber composite; static mechanical properties; dynamic mechanical properties; three-dimensional weaving composite碳纤维由有机纤维经过一系列热处理转化而成，它是含碳量高于90%的无机高性能纤维，既具有碳材料的固有本征，又兼具纺织纤维的柔软可加工性。
碳纤维板的特点
碳纤维板的特点简介碳纤维板（Carbon Fiber Board）是指以碳纤维为主要材料制成的板材，具有轻、薄、高强、高模等特点，是一种高性能的材料。
碳纤维板广泛应用于航空、航天、汽车、轮船、体育用品等领域。
特点轻碳纤维板的密度比钢铁、铝合金等金属材料的密度低，因此具有很轻的重量。
相比较而言，使用碳纤维板代替金属板材一般可以减轻40%-60%的重量，具有很高的应用价值。
薄碳纤维板相比较其他材料而言，具有相对较薄的板壳厚度，因此具有良好的塑形性，并可以在加工过程中进行适当的弯折，并不会破损。
同时，碳纤维板的低密度使其在使用时对载荷和结构产生的影响非常小，因此具有很高的可塑性和可加工性。
高强度碳纤维板的强度非常高，在相同质量条件下，其强度和刚度都要比很多金属材料高出很多倍。
尤其在飞行器、飞机、动力、船舶、电路板、汽车等领域应用非常广泛。
碳纤维板的抗压、抗拉、抗弯等力学性能非常优异。
高模量碳纤维板的弹性模量非常高，是金属材料的几倍以上。
因此碳纤维板可以承受很大的载荷，并且在加工过程中也不容易变形，这使得碳纤维板成为一种非常优秀的材料。
耐磨、耐腐蚀碳纤维板具有非常好的耐磨、耐腐蚀性，在使用过程中可以长时间维持其良好的物理性能。
特别是碳纤维板对于各种气体和液体的耐腐蚀性非常优秀，有着非常广泛的应用。
绝缘、导电性碳纤维板具有绝缘、导电性能，在电子、电气领域应用非常广泛。
此外，在用作电池、超级电容等方面，碳纤维板的导电性能还可以得到充分体现。
高温性能碳纤维板具有非常优秀的耐高温性能，在高温环境下物理性能不会发生明显的变化，并且烧蚀也不太可恶。
在航空、航天、核工业等领域应用非常广泛。
应用碳纤维板的广泛应用在很大程度上表现了其优秀的物理性能和广泛的可塑性。
碳纤维板可以用于板带指南、机械、电子、航空、航天、汽车、导航、棒球、游泳等方面的制造，因此具有非常广泛的应用。
在航空和航天领域，碳纤维板被广泛应用于制造航空器，以减少重量，提高升力和飞行速度，在未来，其应用前景还具有非常大的潜力。
不同级别碳纤维结构特点
不同级别碳纤维结构特点
不同级别的碳纤维结构特点有所不同，以下是各级别碳纤维的结构特点：
1. 一级碳纤维：具有高强度、高模量、低蠕变等特点，其拉伸强度和弹性模量均高于钢，且在高温下仍能保持较高的力学性能。
2. 二级碳纤维：高强度、高模量、良好的耐腐蚀性和抗氧化性、尺寸稳定性好、低蠕变、优良的耐磨损性、良好的导电导热性、阻燃性能好、可设计性强。
3. 三级碳纤板：表面光滑无接缝、厚度均匀、有韧性、耐高温可达300°C、绝缘性好、防静电、耐油污、使用寿命长。
4. 四级碳纤板：表面平滑、厚度一致，可以用于制作防弹背心和潜水艇等特殊场合。
总之，不同级别的碳纤维结构特点各异，根据不同的应用场景选择合适的碳纤维材料才能达到最佳的性能。
高强度、高模量碳纤维单向板拉伸性能测试技术
由于碳纤维复合材料是具有高各向异型的脆性材料，试验装卡要非常认真，要保证良
好的对中性。试验采用手动楔型拉伸夹具装卡试样，先将试样的下端夹紧，之后夹紧试样
上端，手动夹紧试样时用力要缓慢均匀，避免不正确的试样装卡影响测试结果。测定高强 度、高模量碳纤维单向板拉伸强度时，拉伸速度为５ｒａｍ／ｒａｉｎ。连续加载直至试样破坏，记 录试样破坏时的最大载荷值，通过公式计算拉伸强度。
引伸计测量原理，即把应变片贴于弹簧片上，当弹簧片变形时，应变片的电信号发生 变化，电信号的变化与试样的变形量成正比，从而测量试样应变。其特点是操作方便，可 以重复使用，并能对应变连续进行记录。必须注意测试前需进行引伸计标定。不足之处， 对碳纤维单向板这样的脆性材料进行测变形时有时引伸计易从试样上滑脱，对于厚度小于 １ｍｍ的碳纤维单向板，由于引伸计自身重量的原因，使应变测量的误差加大。
1.期刊论文 李丽 高强度、高模量碳纤维复合材料拉伸性能测试方法的研究 -理化检验-物理分册2004,40(7)
利用INSTRON-6025电子万能试验机,对高强度、高模量碳纤维复合材料单向板进行了拉伸性能测试.结果表明,不同试样尺寸、不同铺层层数和试验加 载方式、试样装卡对高强度、高模量碳纤维复合材料单向板拉伸性能测试结果有影响;试样尺寸的改变、铺层层数的不同对拉伸强度性能有影响.
高强度、高模量碳纤维单向板拉伸性能测试技术
李砾
（北京卫星制造厂北京１０００８０）
提要本文介绍使用ｉＮＳＴＲＯＮ．６０２５电子万能试验机，测量不同厚度高强度、高模量碳 纤维单向板拉伸性能，初步探讨不同铺层层数以及应变测量方法、试验加载方式、试样装 卡方面对高强度、高模量碳纤维复合材料单向板力学性能测试的影响。
3.学位论文 郭慧玲 高性能碳纤维复合材料的性能适配研究 2001
国产t1000级碳纤维性能
第４３卷第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀固体火箭技术ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．１２０２０国产Ｔ１０００级碳纤维性能①许桂阳，博学金，王㊀中，王春光，李宝星，卢莹莹，王江宁，尚㊀帆（西安近代化学研究所，西安㊀７１００６５）㊀㊀摘要：通过国产Ｔ１０００级碳纤维表面状态㊁单向板㊁ＮＯＬ环及ϕ１８５ｍｍ壳体的实验研究，分析了两种国产Ｔ１０００级碳纤维的表面物理和化学状态，复合材料的微观界面性能及力学性能㊂结果表明，两种国产Ｔ１０００级碳纤维表面光滑，断口基本呈现为规整的圆形，国产Ｔ１０００级碳纤维能获得较高的拉伸强度㊂两种国产Ｔ１０００级碳纤维单向板０ʎ拉伸强度均略低于进口Ｔ１０００碳纤维，这是由于ＨＦ５０Ｓ碳纤维单向板呈现部分纤维束型的破坏和部分断裂型的破坏；两种国产Ｔ１０００级碳纤维单向板９０ʎ拉伸强度均略低于进口Ｔ１０００碳纤维，这是由于国产Ｔ１０００级碳纤维与树脂基体之间的机械锚钉作用较弱，界面粘接强度较低；两种国产Ｔ１０００级碳纤维缠绕壳体爆破压强是进口Ｔ１０００壳体爆破压强的０．９３和０．８８，这是由于ＳＹＴ５５碳纤维和ＨＦ５０Ｓ碳纤维缠绕时容易起毛和界面粘接性能较差㊂关键词：Ｔ１０００级碳纤维；复合材料；界面；力学性能中图分类号：Ｖ２５８㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００６⁃２７９３（２０２０）０１⁃００７８⁃０６ＤＯＩ：１０．７６７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃２７９３．２０２０．０１．０１２ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃＴ１０００ｇｒａｄｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒＸＵＧｕｉｙａｎｇ，ＦＵＸｕｅｊｉｎ，ＷＡＮＧＺｈｏｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｕｎｇｕａｎｇ，ＬＩＢａｏｘｉｎｇ，ＬＵＹｉｎｇｙｉｎｇ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇｎｉｎｇ，ＳＨＡＮＧＦａｎ（Ｘｉ ａｎＭｏｄｅｒｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ ａｎ㊀７１００６５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃＴ１０００ｇｒａｄｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｕｒｆａｃｅｓｔａｔｅ，ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅ，ＮＯＬｒｉｎｇａｎｄϕ１８５ｍｍｓｈｅｌｌ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｔｅｓｏｆｔｈｅｔｗｏｄｏｍｅｓｔｉｃＴ１０００ｇｒａｄｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓ，ｔｈｅｍｉｃｒｏ⁃ｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃＴ１０００ｇｒａｄｅｃａｒ⁃ｂｏｎｆｉｂｅｒｓｈａｖｅａｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅａｎｄｔｈｅｃｒｏｓｓ⁃ｓｅｃｔｉｏｎｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｒｏｕｎｄｅｄ．ＴｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃＴ１０００ｇｒａｄｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｈａｓｈｉｇｈｅｒｔｅｎ⁃ｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ．ＴｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｅｔｗｏｄｏｍｅｓｔｉｃＴ１０００ｇｒａｄｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅｓｉｎ０ｄｅｇｒｅｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｓｌｉｇｈｔ⁃ｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔｅｄｏｎｅ．ＴｈｉｓｉｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｅＨＦ５０Ｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅｅｘｈｉｂｉｔｓｐａｒｔｉａｌｆｉｂｅｒｂｕｎｄｌｅｔｙｐｅｄａｍａｇｅａｎｄｐａｒｔｉａｌｆｒａｃｔｕｒｅｔｙｐｅｄａｍａｇｅ．ＴｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｅｔｗｏｄｏｍｅｓｔｉｃＴ１０００ｇｒａｄｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅｓｉｎ９０ｄｅｇｒｅｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｓｓｌｉｇｈｔｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔｅｄｏｎｅ．Ｔｈｉｓｉｓｄｕｅｔｏｗｅａｋｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｃｈｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃｆｉｂｅｒａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｎｍａｔｒｉｘ，ａｎｄｈｅｎｃｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｂｏｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗ．ＴｈｅｂｕｒｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｔｗｏｄｏｍｅｓｔｉｃＴ１０００ｇｒａｄｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｈｅｌｌｓａｒｅ０．９３ａｎｄ０．８８ｏｆｔｈａｔｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔｅｄＴ１０００ｓｈｅｌｌａｔｔｈｅｂｕｒｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅ．ＴｈｉｓｉｓｂｅｃａｕｓｅＳＹＴ５５ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒａｎｄＨＦ５０Ｓｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒａｒｅｅａｓｙｔｏｇｅｔｆｌｕｆｆａｎｄｈａｖｅｐｏｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌａｄｈｅｓｉｏｎｗｈｅｎｉｔｉｓｅｎｔａｎｇｌｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｆｉｂｅｒｉｓｍｏｒｅｂｒｉｔｔｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔ１０００ｇｒａｄｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ０㊀引言以碳纤维为增强体制备的高性能复合材料由于具有高比强度㊁高比刚度㊁高比模量，耐疲劳㊁耐辐射㊁耐化学腐蚀以及可设计性强等一系列优异性能而被广泛应用于航空㊁航天等领域［１－３］㊂随着航空㊁航天等领域对高性能固体动力性能的要求不断提高，对高性能复合材料的要求也是逐步提高㊂目前，高性能碳纤维产品已逐渐由Ｔ７００发展到Ｔ８００㊁ＩＭ７甚至Ｔ１０００和Ｔ１１００等㊂国内Ｔ７００㊁Ｔ８００等通用级碳纤维已有较多的研究与应用，对于Ｔ１０００级碳纤维因刚实现产业化生产，相关研究和应用方面的报导很少［２－７］㊂中复神鹰ＳＹＴ５５⁃１２Ｋ碳纤维是国内８７ ①收稿日期：２０１９⁃０７⁃２０；修回日期：２０１９⁃０９⁃１０㊂作者简介：许桂阳（１９９０ ），男，博士，研究方向为爆轰推进㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｕｇｕｉｙａｎｇ９０＠１６３．ｃｏｍ最早实现百吨级产出的Ｔ１０００级高性能碳纤维产品之一，是于２０１５年启动干喷湿纺Ｔ１０００级碳纤维的研发，于２０１６年实现了中试技术，进行了工程化技术攻关，实现了从试验到百吨级规模化生产的重大突破㊂江苏恒神ＨＦ５０Ｓ⁃１２Ｋ碳纤维也是国内实现百吨级产出的Ｔ１０００级高性能碳纤维产品之一，是于２０１６年３月突破干喷湿纺原丝细旦化㊁高取向化的关键技术，实现了高纺速的Ｔ１０００级碳纤维的生产㊂目前对于国产Ｔ１０００级碳纤维产品，尚无相关结构㊁性能和应用方面的系统分析研究报告㊂本文通过扫描电镜研究了国产Ｔ１０００级高性能碳纤维的表面物理状态㊁化学状态㊂之后通过拉伸试验与扫描电镜研究了原丝与复丝力学性能，并对两种国产Ｔ１０００级碳纤维的工艺性进行了研究，最终实现对Ｔ１０００级碳纤维复合材料压力容器上的应用实验研究㊂１㊀实验１．１㊀材料Ｔ⁃１０００级碳纤维：中复神鹰ＳＹＴ５５⁃１２Ｋ和江苏恒神ＨＦ５０Ｓ⁃１２Ｋ㊂Ｔ１０００⁃１２Ｋ碳纤维：日本东丽㊂１．２㊀试样制备１．２．１㊀复合材料试验件的制备纤维经胶液浸渍后缠绕在芯模上，制作复丝㊁单向板㊁ＮＯＬ环及用作水压爆破的发动机壳体㊂１．２．２㊀发动机壳体制作将纤维在一定张力作用下浸渍树脂后，在数控缠绕机上按一定线型缠绕在经表面处理㊁涂刷胶粘剂后的包覆芯模上，固化后进行水压试验㊂１．３㊀测试仪器及标准扫描电镜（ＳＥＭ）：ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ公司生产的Ｑｕａｎ⁃ｔａＦＥＧ２５０型扫描电镜㊂力学性能：ＣＭ７１０４型微机电子万能拉伸试验机㊂测试标准：复丝拉伸性能测试标准ＧＢ／Ｔ３３６２；单向板拉伸试验测试标准ＧＢ／Ｔ３３５４；单向板横向拉伸试验测试标准ＧＢ／Ｔ３３５６；单向板剪切试验测试标准ＧＢ／Ｔ３３５７；ＮＯＬ环力学性能测试标准ＧＢ１４５８；水压试验标准：ＱＪ１３９２Ａ㊂２㊀结果与分析２．１㊀原丝与复丝力学性能２．１．１㊀原丝性能中复神鹰ＳＹＴ５５⁃１２Ｋ㊁江苏恒神ＨＦ５０Ｓ⁃１２Ｋ国产Ｔ１０００级原丝和进口Ｔ１０００原丝性能数据见表１（生产厂家提供性能）㊂通过表１可知国产Ｔ１０００级原丝主要性能指标碳纤维拉伸强度㊁伸长率㊁拉伸模量和直径均与进口东丽Ｔ１０００相当㊂表１㊀碳纤维主要性能指标Ｔａｂｌｅ１㊀Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｍａｉｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘ产品型号拉伸强度／ＭＰａ伸长率／％拉伸模量／ＧＰａ直径／μｍＳＹＴ５５ＨＦ５０ＳＴ１０００６３００６３７０６３７０２．２２．０２．２２９５２９０３０１５．５５．５５．５２．１．２㊀复丝性能对中复神鹰ＳＹＴ５５⁃１２Ｋ㊁江苏恒神ＨＦ５０Ｓ⁃１２Ｋ国产Ｔ１０００级和进口Ｔ１０００碳纤维，分别随机抽取７部分碳纤维制成复丝拉伸试样，对每种试样按照ＧＢ／Ｔ３３６２‘碳纤维复丝拉伸性能试验方法“开展拉伸试验，见表２㊂测试试验件的拉伸强度㊁拉伸模量和断裂伸长率，并计算平均值㊁标准差及离散系数㊂表２㊀复丝强度性能Ｔａｂｌｅ２㊀Ｍｕｌｔｉｆｉｌａｍｅｎｔｓｔｒｅｎｇｔｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ产品型号类型拉伸强度／ＭＰａ拉伸模量／ＧＰａ断裂伸长率／％ＳＹＴ５５平均值标准差离散系数／％５８０２．０９１０４．２０１．７９３００．８４５．１５１．７１１．９６０．０６３．０６ＨＦ５０Ｓ平均值标准差离散系数／％６０３４．６２２２６．１３３．７５２９６．２１５．０７１．７１２．０６０．１１５．３４Ｔ１０００平均值标准差离散系数／％６２１２．７１１２５．７０２．０２２８７．４２４．９５１．７２２．２２０．０７３．１５通过表２可知国产Ｔ１０００级碳纤维复丝强度㊁断裂伸长率均稍低于进口Ｔ１０００，拉伸模量与进口Ｔ１０００相当㊂ＳＹＴ５５碳纤维拉伸强度略微小于ＨＦ５０Ｓ碳纤维拉伸强度，而标准差和离散系数ＳＹＴ５５均小于ＨＦ５０Ｓ，与进口Ｔ１０００相当㊂表明ＳＹＴ５５碳纤维的拉伸强度一致性优于ＨＦ５０Ｓ，性能更稳定㊂２．２㊀国产Ｔ１０００级碳纤维表面性能国产Ｔ１０００级碳纤维的表面性能研究包括物理状态表征和化学状态表征㊂其中物理状态表征是采用ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ公司生产的ＱｕａｎｔａＦＥＧ２５０型扫描电镜对国产Ｔ１０００级碳纤维和进口Ｔ１０００碳纤维表面形貌进行测试并分析㊂通过图１可知，国产Ｔ１０００级碳纤维表面均无可见的凹凸㊁毛刺或沟槽等固有特征缺陷，三种纤维均呈９７２０２０年２月许桂阳，等：国产Ｔ１０００级碳纤维性能第１期现出表面光滑的状态，这是属于干喷湿纺碳纤维的典型形貌［８］㊂相对而言，ＨＦ５０Ｓ碳纤维原丝表面有少许褶皱，表明其上浆剂均匀性劣于ＳＹＴ５５碳纤维㊂国产Ｔ１０００级碳纤维和进口Ｔ１０００碳纤维的断口基本呈现为规整的圆形，且圆度好，少量为椭圆型㊂纤维丝直径均为５．５μｍ㊂由此可见，在预氧化和碳化过程中受力均匀，无应力集中现象［９］㊂因此，从断口形状可知，国产Ｔ１０００级碳纤维和进口东丽Ｔ１０００碳纤维性能相当，均能获得较高的拉伸强度㊂（ａ）ＳＹＴ５５㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀（ｂ）ＨＦ５０Ｓ（ｃ）Ｔ１０００㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀（ｄ）ＳＹＴ５５（ｅ）ＨＦ５０Ｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀（ｆ）Ｔ１０００图１㊀碳纤维的表面性能Ｆｉｇ．１㊀Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ碳纤维化学状态表征是采用ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ公司生产的ＱｕａｎｔａＦＥＧ２５０型扫描电镜对国产Ｔ１０００级碳纤维／树脂单向板试样进行测试并分析㊂从图２中可看出在两家厂家的单向板原始件中树脂与碳纤维匹配性均较为一般，树脂与碳纤维之间出现少量的间隙，纤维与基体粘结性较为一般㊂（ａ）ＳＹＴ５５㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀（ｂ）ＨＦ５０Ｓ图２㊀碳纤维／环氧树脂单向板Ｆｉｇ．２㊀Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ／ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅｓ２．３㊀国产Ｔ１０００级碳纤维单向板及ＮＯＬ环力学性能对江苏恒神和中复神鹰两厂家国产Ｔ１０００级碳纤维和进口Ｔ１０００碳纤维，分别随机抽取５部分碳纤维制成单向板试样，对每种单向板按照对应的标准进行０ʎ拉伸试验㊁９０ʎ拉伸试验和层间剪切试验，单向板性能结果见表３㊂表３㊀单向板实测数据Ｔａｂｌｅ３㊀Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅｓｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａ项目名称实测数据ＳＹＴ５５ＨＦ５０ＳＴ１００００ʎ拉伸强度／ＭＰａ拉伸模量／ＧＰａ３０１０１３３２８８５１３２３４９０１５８９０ʎ拉伸强度／ＭＰａ拉伸模量／ＧＰａ４５７．８４２８．４６０９．０层间剪切／ＭＰａ７２７７９５通过表３可知，两种国产Ｔ１０００级碳纤维单向板拉伸强度㊁拉伸模量和层间剪切强度均低于进口Ｔ１０００碳纤维㊂其中，两种国产Ｔ１０００级碳纤维单向板０ʎ拉伸强度平均值分别为３０１０ＭＰａ和２８８５ＭＰａ，均略低于进口Ｔ１０００碳纤维（３４９０ＭＰａ）㊂通过肉眼直接观察试样，进口Ｔ１０００单向板均为纵向劈裂，形成散丝断口㊂这是单向板在０ʎ拉伸载荷作用下的典型的失效模式，能获得较高的拉伸强度［１０］㊂ＳＹＴ５５碳纤维单向板呈现部分纤维束型的破坏和部分积累损伤型的破坏（见图３），呈现长范围内的界面脱粘和纵向劈裂，形成散丝断口㊂表明ＳＹＴ５５碳纤维／环氧树脂界面粘接强度低于进口Ｔ１０００／环氧树脂界面的粘接强度，导致很长范围内的界面脱胶㊂ＨＦ５０Ｓ碳纤维单向板呈现部分纤维束型的破坏和部分断裂型的破坏（见图３），呈现长范围内的界面脱粘和破坏面齐平㊂表明ＨＦ５０Ｓ碳纤维呈现脆性，纤维断口裂纹的直接延伸，造成相邻纤维受更大的应力集中而断裂㊂这种破坏形式纤维强度发挥较低㊂因此ＨＦ５０Ｓ碳纤维复丝强度虽然高于ＳＹＴ５５碳纤维，而单向板０ʎ拉伸强度反而低于ＳＹＴ５５碳纤维㊂为进一步分析原因，对单向板０ʎ拉伸破坏试样进行电镜扫描㊂图４为单向板０ʎ拉伸破坏电镜扫描图片㊂从图４中可看出在０ʎ拉伸过程中，两种国产Ｔ１０００级单向板复合材料受载，ＳＹＴ５５／环氧树脂界面出现部分开裂，进一步验证了宏观上试样的界面脱粘和纵向劈裂㊂ＨＦ５０Ｓ／环氧树脂界面完好，表明ＨＦ５０Ｓ０８ ２０２０年２月固体火箭技术第４３卷脆性大于ＳＹＴ５５㊂（ａ）ＳＹＴ５５㊀㊀（ｂ）ＨＦ５０Ｓ㊀㊀（ｃ）Ｔ１０００图３㊀单向板０ʎ拉伸试验后图片Ｆｉｇ．３㊀Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈａｆｔｅｒｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅｓｉｎ０ʎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｔｅｎｓｉｌｅｔｅｓｔ（ａ）ＳＹＴ５５（ｂ）ＨＦ５０Ｓ图４㊀单向板０ʎ拉伸破坏扫描电镜照片Ｆｉｇ．４㊀Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅｓｉｎ０ʎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｄａｍａｇｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ两种国产Ｔ１０００级碳纤维单向板９０ʎ拉伸强度平均值分别为４２ＭＰａ和３８ＭＰａ，均略低于进口Ｔ１０００碳纤维（６０ＭＰａ）㊂通过肉眼直接观察试样，两种国产Ｔ１０００级单向板的纤维和树脂基体断面比较齐整，但无明显的纤维拔出现象㊂在９０ʎ拉伸过程中，载荷方向与纤维方向呈９０ʎ，由于碳纤维／环氧树脂复合材料的界面强度较低，因此界面处先发生开裂，随着裂纹的扩展，最终导致单向板发生破坏㊂图５为对应的扫描电镜图片㊂从图５中可看出，两种国产Ｔ１０００级碳纤维／环氧树脂界面均存在明显的界面分离，纤维表面较为光滑，只粘附有少量的基体树脂㊂表明Ｔ１０００级纤维与树脂基体之间的机械锚钉作用较弱，从而界面粘接能力较低㊂（ａ）ＳＹＴ５５（ｂ）ＨＦ５０Ｓ图５㊀单向板９０ʎ拉伸破坏扫描电镜照片Ｆｉｇ．５㊀Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｌａｔｅｓｉｎ９０ʎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｄａｍａｇｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ对江苏恒神和中复神鹰两厂家国产Ｔ１０００级碳纤维和进口Ｔ１０００碳纤维，分别随机抽取５部分碳纤维制成ＮＯＬ环试样，对ＮＯＬ环按照ＧＢ１４５８标准进行试验，试验结果见表４㊂表４㊀ＮＯＬ环力学性能实测数据Ｔａｂｌｅ４㊀ＮＯＬｒｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａ项目名称实测数据ＳＹＴ５５ＨＦ５０ＳＴ１０００拉伸强度／ＭＰａ剪切强度／ＭＰａ２６６５５７．９４２５３０３８．３７２９２５５８．７４通过表４可知，２种国产Ｔ１０００级碳纤维拉ＮＯＬ环拉伸强度平均值分别为２６６５ＭＰａ和２５３０ＭＰａ，均略低于进口Ｔ１０００碳纤维（２９２５ＭＰａ）㊂通过肉眼直接观察试样，两种国产Ｔ１０００级ＮＯＬ环断面比较齐整㊂２．４㊀国产高性能碳纤维壳体承压能力研究为研究国产高性能碳纤维壳体的承压能力㊂本文采取３种方案对发动机壳体进行了水压试验㊂本文依据固体火箭发动机燃烧室壳体内压试验方法１８２０２０年２月许桂阳，等：国产Ｔ１０００级碳纤维性能第１期‘ＱＪ１３９２Ａ“对碳纤维壳体进行了水压试验㊂三种方案如下所示：方案一：采用环氧树脂与国产Ｔ１０００级ＳＹＴ５５碳纤维缠绕ϕ１８５ｍｍ标准壳体，采用８层纵向＋９个环向㊂此方案一所形成的壳体以下简称ＳＹＴ５５壳体㊂方案二：采用与方案一相同的环氧树脂和缠绕工艺参数，将ＳＹＴ５５碳纤维改成ＨＦ５０Ｓ碳纤维㊂此方案二所形成的壳体以下简称ＨＦ５０Ｓ壳体㊂方案三：采用与方案一相同的环氧树脂和缠绕工艺参数，将ＳＹＴ５５碳纤维改成Ｔ１０００碳纤维㊂此方案三所形成的壳体以下简称Ｔ１０００壳体㊂ＳＹＴ５５壳体㊁ＨＦ５０Ｓ壳体和Ｔ１０００壳体的爆破位置均在筒段㊂爆破压强最高的为Ｔ１０００壳体４２．０ＭＰａ，ＳＹＴ５５壳体㊁ＨＦ５０Ｓ壳体爆破压强是Ｔ１０００壳体爆破压强的０．９３和０．８８，即３９．２ＭＰａ和３７．０ＭＰａ㊂计算得到ＰＶ／Ｗ分别为４９．５㊁４６．２和４３．６㊂三种壳体水压试验前后状态见图６㊂在壳体缠绕过程中，ＳＹＴ５５碳纤维和ＨＦ５０Ｓ碳纤维工艺性较差，容易起毛（见图７）㊂特别在封头处有明显的起毛现象，而Ｔ１０００碳纤维表面光滑，无起毛㊂表明ＳＹＴ５５碳纤维和ＨＦ５０Ｓ碳纤维在缠绕时，纤维有损伤，这是ＳＹＴ５５壳体和ＨＦ５０Ｓ壳体爆破压力较Ｔ１０００壳体低的重要原因之一㊂（ａ）ＳＹＴ５５壳体水压前㊀㊀（ｂ）ＳＹＴ５５壳体爆破残骸（ｃ）ＨＦ５０Ｓ壳体水压前㊀㊀（ｄ）ＨＦ５０Ｓ壳体爆破残骸图６㊀壳体水压试验前后状态对比图Ｆｉｇ．６㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｔｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｓｈｅｌｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｅｓｔ为进一步分析ＳＹＴ５５壳体㊁ＨＦ５０Ｓ壳体爆破压力较Ｔ１０００壳体低的原因，对水压爆破后剪切破坏面进行电镜扫描㊂扫描电镜照片见图８㊂图８中看出，ＳＹＴ５５壳体破坏面主要是由裸露碳纤维㊁脱粘碳纤维㊁和树脂块组成，破坏主要发生在界面，表明碳纤维与环氧树脂的界面粘结性能不好，易形成大面积分层从而导致ＳＹＴ５５壳体相对Ｔ１０００壳体以较低的压力爆破㊂ＨＦ５０Ｓ壳体破坏面上呈脆性破坏模式，碳纤维拔出较少，碳纤维被环氧树脂紧密包裹，没有出现环氧树脂与碳纤维界面脱开而吸收能量的过程，因此ＨＦ５０Ｓ壳体相对ＳＹＴ５５壳体和Ｔ１０００壳体以较低的压力爆破㊂（ａ）ＳＹＴ５５㊀㊀㊀㊀㊀（ｂ）ＨＦ５０Ｓ（ｃ）Ｔ１０００图７㊀缠绕工艺性Ｆｉｇ．７㊀Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｆｉｌａｍｅｎｔｗｉｎｄｉｎｇ（ａ）ＳＹＴ５５㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀（ｂ）ＨＦ５０Ｓ图８㊀剪切破坏面电镜照片Ｆｉｇ．８㊀Ｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅｐｌａｎｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ３㊀结论本文通过研究国产Ｔ１０００级碳纤维的表面物理状态㊁化学状态和力学性能，得出了以下结论：２８ ２０２０年２月固体火箭技术第４３卷（１）两种国产Ｔ１０００级碳纤维表面光滑，均无明显可见的凹凸㊁毛刺或沟槽等；断口基本呈现为规整的圆形，且圆度好，因此国产Ｔ１０００级碳纤维和进口Ｔ１０００碳纤维性能相当，均能获得较高的拉伸强度㊂（２）两种国产Ｔ１０００级碳纤维单向板０ʎ拉伸强度，均略低于进口Ｔ１０００碳纤维㊂ＳＹＴ５５碳纤维单向板呈现部分纤维束型的破坏和部分积累损伤型的破坏㊂ＨＦ５０Ｓ碳纤维单向板呈现部分纤维束型的破坏和部分断裂型的破坏㊂（３）两种国产Ｔ１０００级碳纤维单向板９０ʎ拉伸强度，均略低于进口Ｔ１０００碳纤维㊂这是由于国产Ｔ１０００级碳纤维与树脂基体之间的机械锚钉作用较弱，界面粘接能力较低㊂（４）两种国产Ｔ１０００级碳纤维缠绕壳体爆破压强是进口Ｔ１０００壳体爆破压强的０．９３和０．８８㊂这主要有两个原因：一是ＳＹＴ５５碳纤维和ＨＦ５０Ｓ碳纤维工艺性较差，缠绕时容易起毛，降低纤维强度；二是两种国产Ｔ１０００级碳纤维与环氧树脂的界面粘接性能不好，导致较低的压力爆破㊂参考文献：［１］㊀李烨，肈研，孙沛，等．碳纤维表面状态对其复合材料界面性能的影响［Ｊ］．材料科学与工艺，２０１４，２２（２）：８６⁃９１．ＬＩＹｅ，ＺＨＯＵＹａｎ，ＳＵＮＰｅｉ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓｕｒｆａｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏ⁃ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｉｔｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏ⁃ｇｙ，２０１４，２２（２）：８６⁃９１．［２］㊀王迎芬，彭公秋，李国丽，等．Ｔ８００Ｈ碳纤维表面特性及Ｔ８００Ｈ／ＢＡ９９１８复合材料湿热性能研究［Ｊ］．材料科学与工艺，２０１５，２３（４）：１１５⁃１２０．ＷＡＮＧＹｉｎｇｆｅｎ，ＰＥＮＧＧｏｎｇｑｉｕ，ＬＩＧｕｏｌｉ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｓｕｒ⁃ｆａｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＴ８００ＨｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒａｎｄｈｙｇｒｏｔｈｅｒｍａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＴ８００Ｈ／ＢＡ９９１８ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉ⁃ｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，２３（４）：１１５⁃１２０．［３］㊀张青，常新龙，张有宏，等．炭纤维复合材料微波固化技术研究进展［Ｊ］．固体火箭技术，２０１８，４１（５）：９５⁃１０３．ＺＨＡＮＧＱｉｎｇ，ＣＨＡＮＧＸｉｎｌｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＹｏｕｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ｒｅ⁃ｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎｍｉｃｒｏｗａｖｅｃｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｃａｒｂｏｎｆｉ⁃ｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，４１（５）：９５⁃１０３．［４］㊀林松，张琳，高志琪，等．国产Ｔ７００炭纤维复合材料发动机壳体强度设计及成型工艺［Ｊ］．固体火箭技术，２０１８，４１（５）：８２⁃８８．ＬＩＮＳｏｎｇ，ＺＨＡＮＧＬｉｎ，ＧＡＯＺｈｉｑｉ，ｅｔａｌ．ＳｔｒｅｎｇｔｈｄｅｓｉｇｎａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒＴ７００ｃｏｍｐｏｓ⁃ｉｔｅｍｏｔｏｒｃａｓｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，４１（５）：８２⁃８８．［５］㊀顾红星，王浩静，薛林兵，等．ＨＫＴ８００炭纤维缠绕成型复合材料性能［Ｊ］．固体火箭技术，２０１６，３９（３）：３９２⁃３９６．ＧＵＨｏｎｇｘｉｎｇ，ＷＡＮＧＨａｏｊｉｎｇ，ＸＵＥＬｉｎｂｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＨＫＴ８００ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｗｉｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６，３９（３）：３９２⁃３９６．［６］㊀关云，宋学宇，贾有军，等．炭纤维复合材料壳体封头新型环向补强的数值模拟及试验［Ｊ］．固体火箭技术，２０１８，４１（３）：３５６⁃３８２．ＧＵＡＮＹｕｎ，ＳＯＮＧＸｕｅｙｕ，ＪＩＡＹｏｕｊｕｎ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎａｎｏｖｅｌｈｏｏｐｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｌａｍｅｎｔ⁃ｗｏｕｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃａｓｅｄｏｍｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，４１（３）：３５６⁃３８２．［７］㊀井敏，谭婷婷，王成国，等．东丽Ｔ８００Ｈ与Ｔ８００Ｓ碳纤维的微观结构比较［Ｊ］．材料科学与工艺，２０１５，２３（２）：４５⁃５２．ＪＩＮＧＭｉｎ，ＴＡＮＴｉｎｇｔｉｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｇｕｏ，ｅｔａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏ⁃ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＴｏｒａｙＴ８００ＨａｎｄＴ８００Ｓｃａｒｂｏｎｆｉ⁃ｂｅｒ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，２３（２）：４５⁃５２．［８］㊀贺福．高性能碳纤维原丝与干喷湿纺［Ｊ］．高科技纤维与应用，２００４，２９（４）：６⁃１２．ＨＥＦｕ．Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓａｎｄｄｒｙ⁃ｊｅｔｗｅｔｓｐｉｎｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｈｉ⁃ＴｅｃｈＦｉｂｅｒ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，２００４，２９（４）：６⁃１２．［９］㊀贺福．碳纤维及其应用技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４．ＨＥＦｕ．Ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｂｅｉ⁃ｊｉｎｇ：ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓ，２００４．［１０］㊀ＨＥＢＬ，ＹＵＹＸ，ＬＩＬ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｒｅｓｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１３，７９１⁃７９３：４９８⁃５０１．（编辑：薛永利）３８２０２０年２月许桂阳，等：国产Ｔ１０００级碳纤维性能第１期。
碳纤维材料的性能及应用
碳纤维材料的性能及应用文章阐述了碳纤维材料的国内外发展现状，论述了碳纤维材料的分类特性和功能特性。
同时，着重介绍了碳纤维材料在航空、体育等行业中的应用，并展望了其发展前景。
标签：碳纤维材料；性能；应用；前景1 前言碳纤维主要成分为碳元素，是一种特种纤维，其分子结构界于石墨与金刚石，含碳体积分数一般在0.9以上[1]。
碳纤维的优点是质量轻、抗拉强度高，同时具有耐高温、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小等优点。
碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合后，形成碳纤维复合材料，也具有高的比强度、比模量、耐疲劳、导热、导电等[2]，这些优良的综合性能，使得碳纤维材料在现代工业方面应用非常广泛。
2 发展历史及国内外发展现状美国于20世纪50年代开始研究粘胶基碳纤维，1959年生产出了粘胶基纤维，这是最早的碳纤维产品。
同一年，日本发明了制造碳纤维的新方法，即用聚丙烯腈基原丝制造碳纤维材料。
之后，英国皇家航空研究院的研究工作，使聚丙烯腈基碳纤维成为碳纤维工业的主流。
20世纪70年代中期，美国联合碳化公司研发了高性能沥青基碳纤维。
同时，日本东丽公司于20世纪70年代初期，开始生产钓鱼杆和高尔夫球棒。
1974年，美国把碳纤维用于网球和羽毛球拍，实现了碳纤维增强塑料化。
20世纪80年代，碳纤维广泛用于客机、航天飞机和人造卫星。
随着社会和科学技术的发展，碳纤维的需求量以大约13%的速度逐年递增[3]。
我国在意识到碳纤维对军工和民用的价值后，于1975年召開全国第一次碳纤维复合材料会议，将碳纤维及其复合材料纳入国家科技攻关项目。
经过四十多年的发展，我国碳纤维从无到有，取得了一定的成绩。
但总的来说，我国碳纤维材料的研发和生产水平低，不能满足国内与日俱增的市场需求。
目前，国内大部分企业的技术水平和设备水平低下，生产的碳纤维产品也在国际中下游水平[4]。
3 碳纤维材料的特性碳纤维与钻石和石墨一样，主要由碳元素组成。
具有以下特性：3.1 轻质高强，其密度为铁的1/4，比强度为铁的10倍以上，抗拉强度是钢材的68倍，弹性模量是钢材的1.8～2.6左右，其抗拉模量为295～640GPa，拉伸强度为3.62～7.05GPa。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
碳纤维板力学性能
一、卡本碳纤维板加固技术优点
1、抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍;
2、自重轻、易使用，作业轻松且不需大型机械设备;
3、在平板下端如有配管交错放置或受空间限制的情况，便于直接作业;
4、粘贴碳纤维板时，碳板胶不流淌，减少对作业周边环境的影响;
5、补强后基本不改变构件的形状及重量和使用空间;
6、粘贴1层碳纤维板的补强效果相当于4～8层碳纤维布，从而可以更大程度的提高结构性能;
7、在遇有中间梁或壁的平板时，只要能凿穿使碳纤维板能够通过的孔洞即可，无需截断，更加提高补强效果;
8、施工后很容易进行目视或锤击法检查。
二、卡本碳纤维板力学性能
1、碳纤维板原材料力学指标
2、碳纤维板性能指标
3、碳纤维板设计计算指标
三、碳板胶特点
1、碳板胶是常温固化A、B双组分环氧树脂胶，该产品具有可操作性好、不分层、不离析、触变性好、施工不流淌等特点;
2、固化后材料具有优良的机械性能、良好的韧性和抗震及抗冲击能力;
3、耐各种复杂介质，如酸、碱、盐等，耐老化;
4、该产品绿色环保不含有挥发性溶剂，安全无毒。
四、卡本碳板胶安全性能指标
五、碳纤维板加固施工流程
工艺流程可以归纳为：施工准备→基面处理→配制浸渍树脂→粘贴碳纤维板→固定碳纤维板→表面防护
1、施工准备
拟定施工方案，准备工具和材料。
(1)混凝土基体
去除表面的油质、灰尘和其他松散骨料，修复表面大的不平整部分或孔洞，使表面有足够的水平度，必要时需使用轻度喷砂、打磨或其他有利于粘接的施工方法处理(注意混凝土基材内力应高于1.5N/mm2才能进行外部加固);
(2)钢材基体
去除表面灰尘、油和油脂、铁锈、水锈、碾压表皮，建议高压清洗、研磨或喷砂;
(3)木材基体
去除表面油和油脂、杂质，喷砂或研磨使其粗糙。
3、配制浸渍树脂
(1)严格按照配套树脂的主剂、固化剂所规定的2:1比例称重，装入容器，用搅拌器均匀搅拌。
(2)一次调和量不宜过多，以在可使用时间内用完为准。
4、粘贴碳纤维板
(1)应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板;
(2)应将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘，当需粘贴两层时，底层碳纤维板的两面均应擦拭干净;
(3)擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷结构胶粘剂，胶层中央应呈拱起状，平均厚度应不小于2mm;
(4)应将涂有胶液的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。
用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使胶液从两边挤出，保证密实无空洞;当平行粘贴多条碳纤维板时，两条板带之间的空隙不应小于5mm;
(5)需粘贴两层碳纤维板时，应连续粘贴。
当不能立即粘贴时，再开始粘贴前应对底层碳纤维板重新进行清理。
5、固定碳纤维板
(1)去除周边多余的胶液，用钢架进行固定，适当加压，四周挤出微小胶液为合格。
(2)若发现有缝隙或缺胶，用补胶填满。
若加固补强构件需要防火时，可在树脂固化后涂刷耐火涂层。
六、碳纤维板应用范围
1、混凝土构造物的板及梁的补修、补强;
2、壁和板周边的开口处补强;
3、木造建筑物的梁等的补强;
4、桥板、桥墩、桁的补强;
5、隧道、电缆管线的补修、补强。
七、碳纤维板加固系统包装规格
1、碳纤维板
长度均为50m或100m;
宽幅分为50mm、100mm;
厚度分为1.2mm、1.4mm;
卷成环状并用带束缚，其它规格可按需求订制。
2、碳板胶
碳板胶30kg/组，其中主剂20kg/桶(A)，固化剂10kg/桶(B)。
重量配比为A:B=2：1。