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2.4.2 实验步骤 16
2.5 主要实验任务 17
3.实验结果与讨论 18
3.1 手糊制备碳纤文增强环氧树脂基复合材料 18
3.1.1实验参数的调整 18
3.1.2 手糊成型工艺的影响因素 21
3.2 碳纤文增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能研究 22
3.2.1 数据分析 22
3.3 碳纤文增强环氧树脂基复合材料的冲击性能研究 29
3.3.1 数据分析 29
结论 33
致谢 34
参考文献 37
1.绪论
1.1 碳纤文材料
1.1.1 碳纤文材料的发展及用途
还在18世纪中期的时候，人们用有机纤文作为制备碳纤文的原料，那些商业化生产的碳纤文被广泛用于灯丝这个领域。这些早期的碳纤文导电性能并不太好，而且在碳纤文的表面还有很多的气孔，这样使得碳纤文的脆性较高，因此极其容易被氧化，所以当时用碳纤文做成的灯丝效率很低。后来，人们发现了新材料——钨，这才使得碳纤文被取代，所以当时的碳纤文的发展一下子被停滞了下来[1]。到了20世纪50年代，航空航天和军事工业等尖端行业开始发展，带动了材料行业的迅速发展，提出了对材料性能的各方面的新要求，这也使得具有质量轻、耐高温这些不错性能的碳纤文被大家所重视，并被大家开深入研究。近年来，我们开始以PAN作为制备碳纤文的原材料，这使得碳纤文的研制进入了一个产业化的成熟阶段。因此，我们开始制备出性能更优于其他材料的碳纤文，它具有高强度、高模量、质量轻、耐热、耐腐蚀等一系列性能。这样的碳纤文被应用于航空航天和原子能等尖端行业，还进军了一些民生领域，例如：医疗、建筑、汽车、建筑装修等领域。
1.1.2碳纤文的制备及处理
碳纤文是一种具有高强度和高模量的耐高温纤文，是化纤的高端品种。一般按原料的不同可以将碳纤文分成聚丙烯晴基碳纤文、沥青基碳纤文和粘胶基碳纤文等。其中，聚丙烯晴基碳纤文由于碳化率较高，而且生产的过程和成本相对后两者来说简单低廉，因此产量也是最大的，是世界碳纤文的主流。我们就以聚丙烯晴基碳纤文作为一个例子，简单来说，其制备需要完成以下的两个简单的过程。一是，将纤文原丝通过含有氧气的高温炉体，材料收到热能之后会变软，这样就会使内部结构由原先的聚丙烯晴的线状结构转变成比较稳定且坚固的优尔角形排列。二是，将之前氧化处理过的纤文在保护气体的帮助下加热到一千度以上的高温，在这个环境下，氧等元素会被挥发掉，最后只剩下碳这一个元素了，在同一平面的碳原子相互结合，形成了石磨平面网层结构（如图1.1所示），这样制备完之后碳纤文就具有了一系列碳素材料的特性[2]。
图1.1 碳纤文石墨平面网层结构[2]
1.1.3碳纤文的结构特点和性质
经过上述处理和制备的碳纤文，不仅具有了碳素材料的一些共性，还具有一些石墨晶体所不具备的性质——强度。石墨平面网层之间是靠较微弱的范德华力结合，而石墨平面网层内相邻的碳原子间的结合力要远大于层间的范德力． 普通碳纤文由于石墨平面网层垂直于纤文长度方向，受到的拉力作用在层与层之间，因此容易变形或断裂; 高强度、高模量的碳纤文内部网层平行于纤文方向，当纤文受到拉力时，拉力不再作用于层与层之间，而是作用于许多互相平行的石墨平面网层上，而这些平面网层都是由共价键结合的碳原子相连而成，因此这种高强度高模量的碳纤文不容易变形或断裂，这也就是制备高强、度高模量的优质碳纤文在加热过程中对有机纤文施加张力的原因．石墨平面网层与纤文轴向的夹角被称作取向角． 取向角越小，石墨层平面与纤文的取向度就越高，一般高模量的碳纤文取向角小于10°，而普通的碳纤文取向角很大，一般达到40°以上（如图1.2所示）[3]。