定长炭纤维增强树脂复合材料的制备及其各向同性力学性能

向雨欣， 申 克， 吴 昊， 何智成， 李轩科,2,*

（1. 湖南大学 材料科学与工程学院，先进炭材料及应用技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410000；2. 武汉科技大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430081）

1 前言

炭纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced plastic，简称CFRP）作为一种以树脂为基体，炭纤维作为增强体的复合材料，与传统材料相比，其质量轻、耐蚀耐磨、导电性优良、易加工成型，目前在航空航天、风电及车辆等多个军事或民用领域的应用不断增加[1]。截止到目前，工业主流多采用以二维编制炭布作为增强体的CFRP，但编织炭布在成形过程中容易产生面内剪切变形或皱起等问题[2]，从而导致CFRP 在平面内不同方向上力学性能各向异性严重且材料性能差异度大，材料成本较高等问题[3]。

为增加复合材料中的炭纤维取向，提升其利用率，多轴向编制炭纤维（MWK）的开发已成为国内外研究热点，炭纤维多轴向经编针织物是通过预先将数层平行伸直的单向炭纤维沿不同轴向铺层放置，再在多层炭纤维横向、纵向及斜向衬入纱线，最终由纱线缝缀制备而成。该方式大幅提高纱线性能利用率，且织物整体性更好。此前，德国的利巴（LIBA）和卡尔迈耶（Karl Maryer）占据了多轴向炭纤维经编机市场90%以上份额[4–6]。近年来，随着炭纤维多轴向经编复合材料的重要性不断提高，我国部分企业开始重点攻关炭纤维多轴向经编机器制造技术，并已有了较大突破。但多轴向经编炭纤维织物由于其高昂的制造成本和复杂的工艺生产条件，工业上大量应用仍有较长一段路要走[7–8]。……