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碳（tàn）纖（xiān）維

介紹：

  碳纖維(carbon fiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機（jī）纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石（shí）墨材料（liào）。碳纖（xiān）維（wéi）"外（wài）柔內剛"，質量比金屬鋁輕，但強度卻高（gāo）於鋼鐵，並且具有耐（nài）腐蝕、高模量的（de）特性，在國防軍工和民用方麵都是（shì）重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼備紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。
  碳纖維具有許多優良（liáng）性能，碳纖維的軸（zhóu）向強度和模量高，密度低、比性（xìng）能（néng）高，無蠕變，非氧化環境下耐超高溫（wēn），耐疲勞性好，比熱及導（dǎo）電性介於非金屬和金（jīn）屬之間（jiān），熱膨脹係數小且具有各（gè）向（xiàng）異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性（xìng）好等。
  碳纖維與（yǔ）傳統的玻璃纖（xiān）維相比，楊氏模（mó）量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比，楊氏（shì）模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不（bú）脹，耐蝕性突出。
碳纖維組成結構（gòu）：
  碳纖（xiān）維是含碳量高於90%的無機高分子纖維。其中含碳（tàn）量高於99%的稱石墨纖維。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是（shì）亂層石墨結構。碳纖維各層麵間的間距約為3.39到（dào）3.42A，各平行層麵間的各個碳原子，排列不如石墨那樣規整，層與層之間借範德華力連接在一起。
  通常也把碳纖維的結構看成由兩維有序的結晶和孔洞組成，其（qí）中孔洞的含量、大小和分布對碳纖維的性能影響較大。
  當孔隙（xì）率低（dī）於某個臨界值時，孔隙率對碳纖維複合材料的層間剪切強（qiáng）度、彎曲強（qiáng）度和拉伸強度（dù）無（wú）明顯（xiǎn）的影響。有些研究（jiū）指出，引起材料力學性能下降的（de）臨界孔隙率是1%-4%。孔隙體積含量在（zài）0-4%範圍（wéi）內時，孔隙體積含（hán）量每增加1%，層間（jiān）剪（jiǎn）切強度大約降低7%。通過對碳纖維環氧樹脂和碳纖（xiān）維雙馬來亞胺（àn）樹脂層壓板的研究看出，當孔隙率（lǜ）超過0.9%時，層間剪切強度開始下降。由試驗得知，孔隙主要分布在纖維束之間和層間界麵處。並且孔（kǒng）隙含量（liàng）越高，孔隙的尺寸越（yuè）大，並顯著降低了層合板中層間界（jiè）麵（miàn）的麵積（jī）。當材料受力時，易沿層（céng）間（jiān）破壞（huài），這也（yě）是層間剪切強度對孔隙相對敏感的原因。另外孔隙處是應力集中區，承載能力（lì）弱，當受力時，孔隙擴大形成長裂紋，從而遭到破壞。
  即使兩種具有相同孔隙率（lǜ）的層壓（yā）板(在同一養護周期運用不同（tóng）的預浸方法和製（zhì）造方式)，它們也表現處完全不同的（de）力學行為。力學性能隨孔隙（xì）率的增加（jiā）而下降的具體數值不同，表現為孔隙率對力學性能的（de）影響離散性大且重複性差。由於包含大量可變因素，孔隙對複合材料層壓板力學性能（néng）的影響是個很複雜的問題。這些因素包含:孔（kǒng）隙的形狀（zhuàng）、尺寸、位置;纖維、基體和界麵（miàn）的力學性能;靜態或者動態的荷載。
  相對於孔隙率和孔隙長寬比，孔隙尺寸、分布對力學性能的影響更（gèng）大些。並發（fā）現大的（de）孔（kǒng）隙(麵積（jī）>0.03mm2)對力學性能有不利影響，這歸（guī）因於孔隙對層間富膠區的裂紋擴展的產生影響。