不同碳纤维和基体比例的影响

投稿专栏 • 2022年11月10日 21:18 • 阅读 2733

在复合材料中，增强纤维提供强度和刚度，而基体将纤维保持在原位并将应力传递给纤维。

设计师和工程师指定强度/刚度需要的位置，以及添加纤维层并按照提供最佳效果所需的方向和角度对齐。矩阵将所有东西都放在适当的位置，这样就可以建立一个形状，这样纤维就可以留在原地完成它们的工作。

该基质还用于保护纤维免受外部损坏，例如磨损或撞击和碰撞。该基质可防止水在纤维网络之间渗入，以免冷损坏复合材料。

矩阵的第三个功能是为精加工提供光滑的表面。碳纤维和其他复合材料很少未完成，因为当前的基体材料（例如环氧树脂）不耐紫外线降解，并且会因暴露而损坏。出于这个原因，要注意提供一个令人愉悦的光滑表面，在该表面上应用透明涂层或油漆和贴花。

由于环氧树脂基体增加了重量而没有太多的强度和刚度，因此减少树脂的量会导致复合材料提高强度重量比。

因为碳纤维非常坚固且非常坚硬，而基体既不是很坚固也不是很硬，因此建筑商努力只使用尽可能多的基体来保持组合在一起。

为了实现这一点，将复合材料成型的芯轴、模具或其他临时支撑件与纤维布、垫子、粗纱和任何形式的纤维一起放置在真空室或定制的真空装置围绕组件构建，以注入液体基质材料，并使用真空，施加均匀的压力以确保挤出任何额外的基质材料，同时确保纤维的完全浸渍。

使用压力系统的另一个优点是减少了空隙，同时仍然最大限度地减少了所需的基质（通常是环氧树脂）的量。空隙会显着削弱复合材料。

碳纤维可以预浸渍卷材供应。这种预浸料可以成型和放置，而不必担心纤维的滴落和完全浸渍。然后需要加热该组件，有时还需要对其进行真空处理，以使复合材料凝固并确保光洁度。

纤维占总复合材料的百分比越大，它就越强/越硬，基体的百分比越大，最终复合材料变得越弱。

比较复合材料在不同百分比的基体与纤维下的强度的图表

当施加力时，材料会发生变形。复合材料中纤维的百分比越低，使其变形并使其达到失效点所需的力就越小。纤维的百分比越大，其抵抗变形的能力就越好，并且变形并导致其失效所需的力越大。

碳纤维和其他常见的增强纤维是刚性的而不是弹性的。失效前几乎没有变形。矩阵是柔性的，其变形曲线在失效前是弯曲的。

为了从使用碳纤维中获得最大收益，业余造船者必须设法减少复合材料中基体的数量，而不会引入缺陷或使基体复合材料缺乏，这会削弱结构。他们可以使用真空技术或压力夹紧，或小心地包裹在塑料中。

我不声称自己是专家。本文结合了我在碳纤维研究中发现的信息，我不是主要来源。我尽量做到准确，但我犯了错误，我知道这可能会让你们中的一些人感到惊讶，但确实如此。如果您打算建造桅杆或其他船只，请进行研究。咨询专家，小心。玩得开心。