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    纤维含量对CC复合材料力学性能的影响

    2018-08-23   来源:   点击数:17次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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    中国钢管信息港权威报道:配副对摩擦磨损性能的影响PA1010-La23复合材料分别与黄铜和45钢配摩的摩擦系数和磨损体积随La2 3添加量的变化如所示。可以看出,不同的摩擦副下添加La23均能减轻PA1010的摩擦,降低其磨损,与黄铜配摩时的摩擦系数和磨损体积均高于与45钢配摩2.4摩擦对偶表面形貌分析件黄铜环和45钢环摩擦表面上的转移膜形貌照片,比较可以看出复合材料在铜环表面上的转移膜(a)没有在钢环上的转移膜(b)连续致密。这与其和钢环配摩时减摩与耐磨性能均好于和铜环配摩的现象相一致2.5讨论中的试验曲线表明,PA1010-La23复合材料与黄铜配摩时的摩擦系数随滑行距离的变化曲线可分为3个阶段,即:失水上升阶段、转移膜形成下降阶段和稳定摩擦阶段。在大气环境中,PA1010-La23复合材料都有不同程度的吸水,吸水引起溶涨,削弱了PA1010分子间的氢键作用,使材料的剪切强度降低从中的曲线看到,1试验材料与研究方法基体材料采用锻后石油焦、煤焦油中温浙青(质量比为7:3),增强体采用聚丙烯腈(PAN)基短切炭纤维(5mm)以加压焙烧法制备C/C复合材料,最高焙烧温度900K二次热处理温度1由可见,当炭纤维体积分数较低时,纤维的增强效果不明显,随着炭纤维体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐升高;当炭纤维的体积分数达到8.3%时,复合材料的抗折强度达到24.0MPa;之后,随着炭纤维的体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐下降。
     
      2.2C/C复合材料的断口分析对复合材料抗折强度接近平均强度的试样进行断口分析,如所示。
     
      中国钢管信息港权威报道:由可以看出:当复合材料中的炭纤维体积分数较低时(a、b),基体中的炭纤维分布均匀,没有观察到纤维偏聚区存在,炭纤维均匀地穿插浙青炭之中。当复合材料中的炭纤维含量较高时(c)炭纤维出现明显的偏聚现象,偏聚区的炭纤维呈束状或呈严重的相互搭结状分布,由于偏聚区内基体材料很难浸入而易形成孔洞,该类孔洞成为复合材料中明显的结构缺陷。对于纤维增强复合材料而言,当纤维含量较低时,纤维不能起到有效的增强作用,所以抗折强度较低,随着纤维含量的逐渐增加,抗折强度有所提高。当纤维含量较高时,由于偏聚区的存在而在复合材料内部形成结构缺陷,该类缺陷严重地影响了材料的机械性能,所以此时随着纤维含量的增加抗折强度下降。
     
      通过断口高倍观察还可以看出,断口表面大量纤维被拔出,纤维断面平齐,几乎没有发现纤维断裂能量就越多,同时,纤维含量越高,基体中的裂纹越不容易扩展,复合材料的强度越1~11.当纤维含量过高时,由于混料条件的限制,大量纤维不但不能有效地起到增强作用,纤维聚集区反而成为新的薄弱环节,在应力作用下该处很容易破坏,所以复合材料的强度随着纤维含量的增加反而降低。
     
      3结论C/C复合材料断口的高倍观察的迹象,同时纤维表面粘附少量的基体材料。
     
      由此可以判定,C/C复合材料的断裂过程中并未发生增强体炭纤维的断裂,纤维的拔出为破坏的主要形式,材料的断裂过程为基体与炭纤维的界面破坏所控制。由SEM结果可知,在断裂过程中,裂纹的扩展总是避开炭纤维。对于本试验条件下的C/C复合材料而言,有很多促使裂纹产生的因素,例如材料本身的气孔、微裂纹及短纤维末端的应力集中等。
     
      在加载过程中,裂纹可能在复合材料中多处产生、扩展,当扩展裂纹与纤维相遇时,在纤维与基体所决定的应力条件下,裂纹的扩展方向发生转移,开始沿着基体与纤维的界面扩展直到纤维的末端为止,从而导致纤维与基体部分分离。由于基体总是最弱的,在载荷作用下基体裂纹很快扩展到下一根纤维,并重复界面断裂的过程直至材料断裂,而纤维不可能发生断裂。所以短纤维增强C/C复合材料的破坏形式为界面破坏所控制,表现为断口处大量纤维拔出。
     
      中国钢管信息港权威报道:纤维增强复合材料中的界面是增强相与基体相的中间相,界面是增强相与基体相的连接者,纤维与基体复合过程的本质就是纤维表面形成完整传递应力的界面,界面的作用是将加于复合材料的载荷,经由基体通过界面传递到增强体,这就要求界面有一定的粘结强度,合适的粘结强度使界面能够传递应力。另外,界面在一定外力作用下脱粘,使纤维拔出,纤维与基体发生摩擦并增大表面能,使材料以拔出功和摩擦功等形式吸收外载能量,从而提高材料的抗破坏能力。对炭纤维而言,其表面光滑且惰性大,与基体相容性差,不能很好地与基体进行粘合,仅依靠粘结剂浙青炭化后形成的炭网把焦炭粉与炭纤维连结起来形成块体纤维与基体的界面结合较M7~9.所以,C/C复合材料在断裂时断口处大量纤维被拔出,同时,纤维表面的粘附物较少。
     
      C/C短纤维复合材料在断裂过程中,吸收能量的主要机制是脱胶,所以,在纤维混合均匀的条件当炭纤维体积分数小于8.3 %时,随着炭纤维体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐升高,之后,随着炭纤维的体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐下降;短纤维增强C/C复合材料的断口特征为大量纤维拔出,其断裂过程为界面破坏所控制。所有样品的起始摩擦系数都远低于其稳态摩擦系数,说明吸水对摩擦行为有重要影响。随着滑行距离的增加,摩擦热使样品不断失水,摩擦系数迅速上升,达到最高值后,随着滑行距离的继续增加,转移膜逐渐形成,摩擦系数下降并趋于稳定。
     
      与钢环配摩时,磨屑为白色片状。与铜环配摩时,磨屑呈颗粒状,颜色为黑色将收集的磨屑放入盐酸溶液浸泡,黑色消失,溶液变蓝,证明磨屑中的黑色部分为氧化铜。这说明,由于摩擦热的结果铜环摩擦表面发生了氧化铜环摩擦表面上脆硬和松散的氧2化铜很容易在摩擦过程中脱落而成为磨屑的一部分由于氧化铜的磨粒磨损作用,使复合材料与铜环配摩的磨损量比与钢环的高La23稀土化合物具有六方层状结构,有润滑作用,加入PA1010后可减轻其与摩擦对偶粘着作用,使摩擦系数降低。稀土化合物在摩擦过程中会产生分解和发生摩擦化学反应摩擦化学反应会使原来转移膜与金属环之间的机械啮合转变为化学键合,增强了转移膜与钢环之间的结合力故在PA1010中添加稀土可显著增加其耐磨能力。中国钢管信息港权威报道
     
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