您当前的位置:检测资讯 > 科研开发
嘉峪检测网 2021-12-22 13:52
目前作为复合材料常见的增强纤维,通常有三种类型:碳纤维、玻璃纤维和 Kevlar(芳纶)纤维。当用于复合材料增强时,纤维可以定义材料的性能标准,并负责在设计结构中起到承载荷载的作用,而树脂基体主要负责将负载转移到纤维上。简而言之,纤维类型的选择是设计过程中不可或缺的一部分。
对于上述三种增强纤维,在决定用于给定项目使用何种材料时,往往会有数千种特性需要权衡。在选择使用纤维时,纤维的模量、拉伸强度、压缩强度、韧性、刚度、导电性和耐化学/腐蚀性等因素和特性都很重要。
尽管有数千种材料特性可供选择,但在项目设计之初选择合适的纤维将有效缓解整个项目期间的挑战,并指向最佳原料。通常,复合材料结构使用一种以上的纤维来达到最终使用所需的设计要求。尽管有无数纤维特性可以进一步定义结构件的最终用途,但以下高级特性为定义设计目的提供了高级特性:
纤维模量是指纤维在承受增加的载荷时所经历的长度变化。这种载荷可以是压缩的,也可以是拉伸的。其计算方法为应力除以应变。模量通常表示材料的刚度。在给定的应力/应变曲线上,它被称为直线的斜率。
大多数纤维按模量分类,因为它有助于确定复合材料的刚度。通常,使用碳纤维、玻璃纤维和Kevlar的复合材料都被归类为脆性材料,与更多塑性材料或非脆性材料相比,断裂时几乎没有拉伸。
拉伸强度是材料在拉伸时承受载荷的能力。它是在纤维发生永久变形之前施加的最大力或载荷,如图所示,碳纤维在强度和强度重量比上都具有优越性,如日本东丽T800S强度重量比高达3266,为表中列出的所有增强纤维最高值。然而,S-玻璃纤维和E-玻璃纤维之间存在显著差异。
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,凯夫拉是最轻的材料,如上表所示凯夫拉纤维的体密度仅为1.44g/cm^3。尽管凯夫拉的极限强度最低,但就强度与重量之比而言,它超过了玻璃纤维,但是与碳纤维相比要略低。从经济角度讲,如果极限强度是唯一的设计标准,那么E-玻璃纤维是首选。
来源:碳纤维及其复合材料技术