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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2021-12-22 13:52
目前作為復(fù)合材料常見的增強(qiáng)纖維,通常有三種類型:碳纖維、玻璃纖維和 Kevlar(芳綸)纖維。當(dāng)用于復(fù)合材料增強(qiáng)時(shí),纖維可以定義材料的性能標(biāo)準(zhǔn),并負(fù)責(zé)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中起到承載荷載的作用,而樹脂基體主要負(fù)責(zé)將負(fù)載轉(zhuǎn)移到纖維上。簡(jiǎn)而言之,纖維類型的選擇是設(shè)計(jì)過程中不可或缺的一部分。
對(duì)于上述三種增強(qiáng)纖維,在決定用于給定項(xiàng)目使用何種材料時(shí),往往會(huì)有數(shù)千種特性需要權(quán)衡。在選擇使用纖維時(shí),纖維的模量、拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、韌性、剛度、導(dǎo)電性和耐化學(xué)/腐蝕性等因素和特性都很重要。
盡管有數(shù)千種材料特性可供選擇,但在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初選擇合適的纖維將有效緩解整個(gè)項(xiàng)目期間的挑戰(zhàn),并指向最佳原料。通常,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)使用一種以上的纖維來達(dá)到最終使用所需的設(shè)計(jì)要求。盡管有無數(shù)纖維特性可以進(jìn)一步定義結(jié)構(gòu)件的最終用途,但以下高級(jí)特性為定義設(shè)計(jì)目的提供了高級(jí)特性:
纖維模量是指纖維在承受增加的載荷時(shí)所經(jīng)歷的長(zhǎng)度變化。這種載荷可以是壓縮的,也可以是拉伸的。其計(jì)算方法為應(yīng)力除以應(yīng)變。模量通常表示材料的剛度。在給定的應(yīng)力/應(yīng)變曲線上,它被稱為直線的斜率。

大多數(shù)纖維按模量分類,因?yàn)樗兄诖_定復(fù)合材料的剛度。通常,使用碳纖維、玻璃纖維和Kevlar的復(fù)合材料都被歸類為脆性材料,與更多塑性材料或非脆性材料相比,斷裂時(shí)幾乎沒有拉伸。
拉伸強(qiáng)度是材料在拉伸時(shí)承受載荷的能力。它是在纖維發(fā)生永久變形之前施加的最大力或載荷,如圖所示,碳纖維在強(qiáng)度和強(qiáng)度重量比上都具有優(yōu)越性,如日本東麗T800S強(qiáng)度重量比高達(dá)3266,為表中列出的所有增強(qiáng)纖維最高值。然而,S-玻璃纖維和E-玻璃纖維之間存在顯著差異。

|
Fiber |
Tensile Strength (MPa) |
Density |
Strength |
|
Toray Carbon Fiber T700 |
4900 |
1.80 |
2722 |
|
Toray Carbon Fiber T800S |
5880 |
1.80 |
3266 |
|
Hexcel Carbon Fiber AS4 |
4447 |
1.79 |
2484 |
|
Hexcel Carbon Fiber IM8 |
6170 |
1.79 |
3446 |
|
Kevlar 49 |
3000 |
1.44 |
2083 |
|
Kevlar 29 |
2920 |
1.44 |
2027 |
|
S-Glass |
4585 |
2.48 |
1848 |
|
E-Glass |
3790 |
2.40 |
1579 |
就密度而言,凱夫拉是最輕的材料,如上表所示凱夫拉纖維的體密度僅為1.44g/cm^3。盡管凱夫拉的極限強(qiáng)度最低,但就強(qiáng)度與重量之比而言,它超過了玻璃纖維,但是與碳纖維相比要略低。從經(jīng)濟(jì)角度講,如果極限強(qiáng)度是唯一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),那么E-玻璃纖維是首選。

來源:碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)