拉伸回弹法测定碳纤维的压缩强度

通过搭建电弧辅助单丝测试装置,采用拉伸回弹法,测定了日本东丽公司的T300,T800H碳纤维以及美国赫氏公司的IM7碳纤维,采用极限均值法(方法一)和区间择优法(方法二)对所测数据进行统计,并对其结果与文献报道的直接法测得的结果进行比较。结果表明:采用方法一和方法二统计的拉伸回弹法测得的T300碳纤维的单丝压缩强度分别为1.97,1.98GPa,T800H碳纤维单丝压缩强度分别为2.17,2.15GPa,两种方法统计的压缩强度结果基本相同,与直接法测定的结果接近,方法一比较直观,方法二则可以通过设置合理的区间获得更小的测试误差;采用拉伸回弹法对IM7碳纤维的单丝压缩强度进行两次平行测试,所得的单丝压缩强度分别为2.56~2.66,2.65GPa,误差为0.1GPa;拉伸回弹法具有较好的可重复性,拉伸回弹法可用于高强中模型碳纤维本征压缩强度的表征。

拉伸回弹法在碳纤维单丝压缩强度测试中的应用

碳纤维单丝压缩强度的准确评价是碳纤维及其复合材料的压缩性能研究必须首要解决的问题。介绍了拉伸回弹法测试碳纤维单丝压缩强度的测试原理、试样的制备及测试过程,分析了4种用于碳纤维单丝压缩强度的计算方法,以及该测试方法的主要影响因素。4种计算方法获得的碳纤维压缩强度差异较小;在测试过程中,纤维切断方式和标距长度是直接影响压缩强度测试结果的主要因素。拉伸回弹法是测试碳纤维单丝压缩强度的有效方法,只需借助单丝拉伸试验设备,制样简单,检测过程简便,选择合适的压缩强度计算方法,能够获得可重复的结果。

国产高性能碳纤维单丝压缩强度及微观结构的研究

通过拉伸回弹法对多种高性能碳纤维进行单丝压缩性能测试,并采用极值平均法进行数据统计分析,同时使用XRD对国产高性能碳纤维的微观结构进行表征,深入研究了纤维模量对其微观结构的影响。结果表明,国产高模量碳纤维的晶粒尺寸和堆叠层数远大于高强度碳纤维,且碳纤维模量越高,其微晶晶粒尺寸越大、层间距越小,所对应单丝压缩强度越低。

不同直径国产高强中模型碳纤维结构及其轴向压缩强度关系的研究

通过测量与比对东丽T300、T800H碳纤维的压拉比,验证了拉伸回弹法测量高强中模型碳纤维本征压缩强度的可行性。采用该方法测试了五种不同直径国产T800级高强中模型碳纤维的单丝压缩强度,并采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分别表征其石墨微晶结构及断裂形态。探讨了碳纤维结构与力学强度的关联性。结果表明,当直径的变化有利于提升石墨微晶的基面宽度和取向度时,国家高强中模型碳纤维的轴向抗压性能得到强化,单丝压缩强度可达2. 8 GPa,压拉比为0. 52,显著高于东丽T800H的0. 42。碳纤维/环氧复合材料轴向压缩强度可达1 715 MPa,进一步验证了单丝压缩强度的研究结果。