碳纖維材料強(qiáng)度的研究

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作者：Fumihiko Tanaka et al

編譯：張自雷

為了優(yōu)化和改善纖維材料特性，準(zhǔn)確評(píng)估纖維材料的抗張力特性，研究了影響高剛性碳纖維強(qiáng)度的因素對(duì)輕量化材料的作用。主要研究了碳纖維材料在碳化處理過程中的拉伸和斷裂特性，通過研究碳纖維材料內(nèi)部納米材料結(jié)構(gòu)對(duì)碳纖維抗張力強(qiáng)度的影響，從微觀上揭示碳纖維材料斷裂韌性，以達(dá)到改善碳纖維材料強(qiáng)度特性的目的。另外，盡管在測量碳纖維強(qiáng)度方面廣泛使用單纖維拉伸測試，但其存在一定的測量誤差，因此研究中采用了單纖維復(fù)合測試方法測量碳纖維強(qiáng)度。

測試結(jié)果表明，決定高性能碳纖維材料強(qiáng)度的主要因素是其斷裂韌性，而斷裂韌性主要受纖維材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響。圖1和圖2分別是碳纖維材料發(fā)生斷裂時(shí)的示意圖。另外，高剛性碳纖維材料的斷裂韌性強(qiáng)度可以用斷裂處裂縫大小來表征，也可以用斷裂處壓強(qiáng)大小分布來表征。通過研究發(fā)現(xiàn)，表征碳纖維材料斷裂韌性強(qiáng)度的斷裂裂縫長度為60～ 200nm，所以在提高碳纖維材料強(qiáng)度時(shí)，一定要將斷裂裂縫長度控制在可接受的范圍內(nèi)。