碳纤维材料强度的研究

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作者：Fumihiko Tanaka et al

编译：张自雷

为了优化和改善纤维材料特性，准确评估纤维材料的抗张力特性，研究了影响高刚性碳纤维强度的因素对轻量化材料的作用。主要研究了碳纤维材料在碳化处理过程中的拉伸和断裂特性，通过研究碳纤维材料内部纳米材料结构对碳纤维抗张力强度的影响，从微观上揭示碳纤维材料断裂韧性，以达到改善碳纤维材料强度特性的目的。另外，尽管在测量碳纤维强度方面广泛使用单纤维拉伸测试，但其存在一定的测量误差，因此研究中采用了单纤维复合测试方法测量碳纤维强度。

测试结果表明，决定高性能碳纤维材料强度的主要因素是其断裂韧性，而断裂韧性主要受纤维材料内部微观结构的影响。图1和图2分别是碳纤维材料发生断裂时的示意图。另外，高刚性碳纤维材料的断裂韧性强度可以用断裂处裂缝大小来表征，也可以用断裂处压强大小分布来表征。通过研究发现，表征碳纤维材料断裂韧性强度的断裂裂缝长度为60～ 200nm，所以在提高碳纤维材料强度时，一定要将断裂裂缝长度控制在可接受的范围内。