碳纤维/热塑性树脂复合材料力学性能影响浅析

蔡莺莺 邓文彬 封 鲍 李东辉

(1.中国石化上海石油化工股份有限公司先进材料创新研究院，上海 200540；2.中国石化上海石油化工股份有限公司碳纤维事业部，上海 200540)

碳纤维是指含碳质量分数在95%以上的无机高分子纤维，因其高强高模、质轻、耐腐蚀等特点，广泛应用于国防军工、航空航天、风电和汽车工业、体育器材等各个领域。碳纤维只有与树脂基体复合制成复合材料后，才能发挥以上特性，根据树脂不同，可将复合材料分为热固性复合材料和热塑性复合材料两大类。

与热固性树脂相比，热塑性复合材料具有韧性好、损伤容限大、吸湿率低、无储存时间和温度限制、成型周期短、成型工艺简单等优点。与长纤维/连续纤维增强树脂基复合材料相比，短切纤维增强复合材料成型工艺简单、生产效率高、制件各向同性等优点，受到了越来越广泛的关注和应用[1]。

1 碳纤维临界长度对复合材料拉伸性能的影响

根据纤维增强理论，增强相若要发挥作用，必须保证最终制件中纤维达到一定的长度，即临界长度。通常认为，在组分一定时，复合材料的机械性能主要由纤维临界长度所决定[2]。

假设增强相与连续相之间完全混合，根据Kelly-Tyson模型，对于单向、非连续增强材料，在纤维含量保持一定的条件下，复合材料的拉伸性能取决于样件内纤维的临界长度和纤维的取向。

复合材料的界面强度与增强相纤维的直径和临界长度有关：随着纤维直径的减小和临界长度的增加，复合材料的抗拉屈服性能得到提高[3]。……