碳纤维性能加固技术特点

　　碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构，通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大[7]。碳纤维各层面间的间距约为3.39～3.42Å，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。

2、性能特征

碳纤维的化学性能与碳十分相似，在空气中当温度高于400℃时即发生明显的氧化，氧化产物CO2、CO在纤维表面散失，所以其在空气中的使用温度不能太高，一般在360℃以下。但在隔绝氧的情况下，使用温度可大大提高到1500～2000℃，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）[8]。

       碳纤维有通用型（GP）、高强型（HT）、高模型（HM）、高强高模（HP）等多种规格，其性能指标见表3。

表3 碳纤维的规格与性能

碳纤维有如下的优良特性：① 比重轻、密度小；② 超高强力与模量；③ 纤维细而柔软；④ 耐磨、耐疲劳、减振吸能等物理机械性能优异；⑤ 耐酸、碱和盐腐蚀，可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性碳纤维；⑥ 热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热；高温下尺寸稳定性好，不燃，热分解温度800℃，极限氧指数55；⑦ 导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好；⑧ 具有润滑性，不沾润在熔融金属中，可使其复合材料磨损率降低；⑨ 生物相容性好，生理适应性强。

碳纤维力学性能主要是抗张强度、弹性模量和断裂伸长等3个参数，变异系数即CV值= 标准偏差/平均值×100(%) ，碳纤维的CV值是设计构建的一项重要指标，如果碳纤维的CV值较小，涉及碳纤维拉伸强度等利用率高，可充分发挥其增强效果。在使用碳纤维时，大多制造成复合材料的结构件。对于同一性能的结构件，碳纤维的CV值越小，用量少，增强效果好；如果CV值较大，用量较多，构件笨重，增强效果差。表4为民用碳纤维的力学性能[9]。

                                                                 表4 　民用碳纤维力学性能

由表4可看出，所生产的碳纤维具有较高的强度和模量，而伸长率较低，表明该材料具有较大的刚性；同时材料的拉伸强度和弹性模量的CV值都较低，表明材料的均一性较好。