碳纖維受力破壞模式分析

123456

　　雖然碳(C)纖維復(fù)材擁有相當(dāng)高的強度（strength)，但是由于復(fù)合材料(Material)具有材料方向性，有別于等向性的金屬材，若受力方向并非在纖維走向，則很容易達到破;除此之外，以樹脂(Resin)構(gòu)成的基材，在復(fù)雜的受力料壞情況(Condition)下，也可能（maybe)產(chǎn)生基材斷裂（fracture)或者是界面脫黏。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。因此，復(fù)材的破壞模式(pattern)，可廣義的分為:基材斷裂、界面脫黏、纖維斷裂。
　　其中，基材斷裂（fracture)與界面脫黏可歸類為膠合介面的破壞。主導(dǎo)(guiding)膠合介面強度（strength)的因素(factor)主要有二，內(nèi)聚及粘著力。內(nèi)聚代表的是膠料本身的強度;粘著力則是膠料與接著物問的吸引力。一般來說，粘著力的強度相對於內(nèi)聚弱上許多。

123456

　　傳統(tǒng)的制作材料(Material)要比碳(C)纖維復(fù)合材料差非常多，碳纖維復(fù)合材料擁有很多其他材料不具備的優(yōu)點，由于這種復(fù)合材料是由樹脂(Resin)包裹的碳纖維組合而成，重量輕而且強度（strength)高，大約是鋼材料重量的四分之一，但是強度更好，而且碳纖復(fù)材耐磨損（零部件失效的一種基本類型）、耐腐化侵蝕 、應(yīng)用范圍(fàn wéi)更廣闊。碳纖維生產(chǎn)傳統(tǒng)的玻璃纖維相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱夫拉纖維相比，楊氏模量是其2倍左右，在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性突出。
　　民用碳(C)纖維目前在汽車方面使用較多，這種材料(Material)除了重量輕以外，安全性也很卓越，碳纖維復(fù)合材料在碰撞時對能量的吸收能力很強，所以在汽車外殼和汽車保險杠均可使用。碳纖維復(fù)材之所以強度高主要原因是是碳纖維有著很強度抗撕裂性能，沿著碳纖維排列方向有著非常大的韌性(toughness)，通過(tōng guò)設(shè)計鋪層和產(chǎn)品(Product)設(shè)計可以調(diào)整最大負荷形態(tài)（pattern)。
　　一如自然界中動物骨骼或植物莖絡(luò)只在需要的地方形成較厚的結(jié)構(gòu)，同樣的，在汽車上使用碳(C)纖維設(shè)計人員必須要對汽車重點(zhòng diǎn)安全區(qū)域做纖維鋪層方向和選材用量的調(diào)整，這樣才能實現(xiàn)汽車整體的性能安全。碳纖維生產(chǎn)具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電磁屏蔽性好等。讓碳纖維部件在達到減重的要求下，復(fù)合使用的性能要求。
　　簡單來說，與車用鋼板最大的不同除了重量之外，這種特殊材料還可以在某一個方向表現(xiàn)出與鋼板一樣的強度（strength)，但在另一方面，卻又有很好的可彎曲性。
??