ILSS作為復合材料層間剪切強度參數,是復合材料管材性能的重要表征之一。一般說(shuō)來(lái),復合材料管的層間剪切強度主要是由PPS樹(shù)脂基體決定的,但是管材在成型過(guò)程中還有其它一些因素也起到了重要的影響。我公司根據自身在連續碳纖維增強PPS復合材料管材制造方面的經(jīng)驗,對影響復合材料管材層間剪切強度的因素進(jìn)行了歸納和概述。

碳纖維含量對管材層間剪切強度的影響:

對熱固性碳纖維復合材料來(lái)說(shuō),當碳纖維含量達到一定程度后,隨著(zhù)含量的增加,碳纖維的浸漬均勻程度是下降的,ILSS也會(huì )下降。但是,對于熱塑性碳纖維PPS復合材料來(lái)說(shuō),隨著(zhù)碳纖維含量的增加,管材的層間剪切強度有小幅提高。這是因為使用碳纖維對熱塑性樹(shù)脂材料增強時(shí),一般碳纖維含量占比不大,在此情況下,碳纖維含量的升高,對預浸料的浸漬反而有正面影響,有助于使纏繞成型的碳纖維PPS管材中的材料分布更加均勻。另外,當碳纖維含量增加時(shí),PPS樹(shù)脂含量的占比就會(huì )相應減少,樹(shù)脂層厚度降低,樹(shù)脂層直接剪切破壞的可能性就會(huì )被有效抑制,從而提升管材的ILSS。根據這樣的規律,我公司通過(guò)控制復合材料管材中的碳纖維材料的含量和比例對層間強度進(jìn)行調節。

復合材料的孔隙率對管材層間剪切強度的影響:

用于管材制作的復合材料中的空隙會(huì )對受基體支配的材料性能產(chǎn)生負面影響,不僅是ILSS,包括管材的壓縮性能和耐疲勞性都會(huì )因此而降低。連續碳纖維增強PPS復合材料預浸帶的制備過(guò)程中或多或少地會(huì )產(chǎn)生一定的空隙。特別是在纏繞成型的環(huán)節中,如果預浸帶的鋪層之間不夠緊密的話(huà),這種空隙就會(huì )更多。為此,我公司通過(guò)優(yōu)化制造流程,采用更高級別的工藝參數,嚴格控制空隙率,ILSS由此表征明顯。

熱處理的溫度對管材層間剪切強度的影響:

連續碳纖維PPS復合材料管的成型過(guò)程中,因為碳纖維與PPS樹(shù)脂基體的熱膨脹系數存在差異,所以在成型過(guò)程中,二者之間的界面會(huì )有較大的殘余應力存在。我公司通過(guò)熱處理的方式緩減或者避免由此帶來(lái)的一些不良問(wèn)題。實(shí)踐證明,熱處理對復合材料管的ILSS有明顯的提升作用,當熱處理的溫度升至200℃以上,處理時(shí)間達到120分鐘時(shí),ILSS能提高5個(gè)百分點(diǎn)。熱處理的過(guò)程不僅可以使復合材料管內的殘余應力得到最大程度上的緩釋?zhuān)€改善了碳纖維和PPS樹(shù)脂基體之間的界面粘接強度。

環(huán)境溫度對管材層間剪切強度的影響:

復合材料管在高溫下性能會(huì )有所變化,我公司發(fā)現不同的溫度對連續碳纖維增強PPS管的層間剪切強度有著(zhù)明顯影響,即,其ILSS會(huì )隨著(zhù)溫度的升高而有所降低,但在230℃高溫情況下,ILSS的保持率仍有56%。對于應用方來(lái)說(shuō),如果能有效控制工作溫度,有利于保證復合材料管的性能穩定,所以我公司會(huì )針對客戶(hù)的實(shí)際應用對其做出相應的建議。不過(guò)相對于其它種類(lèi)的復合材料管,連續碳纖維增強PPS復合材料管的耐熱性能還是很好的,這種耐高溫性也使得連續碳纖維增強PPS復合材料管擁有更廣泛的應用領(lǐng)域。

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