● 摘要
碳纤维及其复合材料由于质轻、高强等优点被广泛应用于各个领域。科学合理评价碳纤维的力学性能，最大限度发挥碳纤维复合材料的特性对其应用意义重大。目前，国内外已有的关于碳纤维复丝力学性能测试标准大多是根据300级纤维制定的，并不能科学、有效地测定许多高性能纤维的拉伸强度和断裂延伸率。本文针对国产300级、700级和800级纤维和三种环氧树脂体系A、B、C，考察了碳纤维复丝力学性能测试中，测试条件和制样工艺对于碳纤维复丝拉伸性能测试值的影响，并且制定了比较适合高性能碳纤维丝束的测试规范。同时利用排布机湿法排制不同材料体系的预浸料，利用热压工艺成型复合材料层板并对碳纤维复合材料层板的力学性能进行了测试，分析了复合材料层板性能与碳纤维复丝性能的关联性。在研究测试条件对碳纤维复丝力学性能测试值的影响时，本文主要考察了纤维有效测试长度、加载速率、预加载和加强片厚度的影响。实验结果表明，较短的测试长度、较小的加载速率、适当的预加载和较厚的加强片厚度有利于提高碳纤维复丝拉伸强度的测试值。在研究制样工艺对碳纤维复丝力学性能测试值的影响时，主要考察了浸胶用树脂种类、树脂含量和树脂固化度的影响。结果表明，选择粘度低、浸润性好的树脂，配合较高的树脂含量和固化度有利于提高碳纤维复丝拉伸强度的测试值。同时，本文将复丝用的纤维与树脂体系制成复合材料层板进行了力学性能测试，依据混合定律，由复合材料性能计算得到碳纤维强度，并与其碳纤维复丝拉伸强度测试值比较，分析了两者的关联性规律。结果表明，对于不同环氧树脂体系，其与纤维制成的复丝拉伸强度高，则复合材料层板拉伸强度也高，表现出不同树脂基复合材料的碳纤维拉伸性能转化率不同。