碳纤维零部件的力学性能与制备优化途径有哪些？

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途径一：选择性能更好的原材料：

选择性能更好的原材料，有利于进一步提升碳纤维零部件结构的安全性。不同型号的碳纤维丝束在拉伸强度、模量等方面的表现不同，由此形成的碳纤维零部件性能差异也会比较大，如分别采用T1100级、T800级与T300级碳纤维制作碳纤维复合材料零部件，成品在纵向拉伸强度上，T800约是T300级碳纤维的1.5倍，T1100几乎是T300级碳纤维的1.8倍。选择性能更好的树脂基体同样重要，例如为提高零部件受冲击后的压缩强度，国内的碳纤维零部件制造商智上新材料会在树脂基体中加入一定的改性剂，以达到增韧的目的，甚至有时候会直接以高端工程塑料这类热塑性树脂作为零部件的树脂基体材料。
途径二：适当增加碳纤维的比例：

碳纤维复合材料存在着不同的相与界面，这些界面能够有效阻止和改变裂纹扩展方向；碳纤维复合材料基体中拥有大量独立的碳纤维，每平方厘米的碳纤维少则几千根，多至上万根。从力学角度而言，当零部件超载并有少量碳纤维断裂时，载荷会迅速重新分配在没有被破坏的纤维上，这样在短期内不会导致零部件丧失基本的承载能力。因此，适当增加碳纤维的比例，有助于提升零部件的耐疲劳强度，但是比例不能过大，否则会产生消极效应。



途径三：减少工艺缺陷率：

碳纤维增强树脂基复合材料零部件的制备工艺较为复杂，智上新材料科技认为如果经验不足，制备参数把控不够严格，就很容易产生孔隙、分层或裂纹等工艺缺陷，这些缺陷会大大降低零部件的性能表现。例如随着孔隙率的增加，碳纤维零部件的拉伸强度及压缩强度会呈下降趋势。又如碳纤维复合材料在铺层过程中，如果发生褶皱这类操作失误，对零部件的性能造成的负面效应更大，因此，规范的工艺可以减少碳纤维零部件所面对的负面影响。



途径四：优化成型技术方案：

在碳纤维零部件成型过程中，固化压力、固化温度和固化时间对碳纤维复合材料的力学性能都有着很大的影响。因此，智上新材料通过长达十年的成型数据进行分析，在此基础上根据零部件的不同形状、作业要求，对固化压力、固化温度和固化时间做相应的调整和优化，有效提升了碳纤维零部件的层间剪切强度、弯曲强度和断裂韧性等力学性能。



途径五：降低不良环境因素：

碳纤维零部件制作过程中的环境因素对力学性能也存在着较大影响，智上新材料指出，树脂基碳纤维复合材料零部件在固化过程中，如果温度相对稳定，随着环境湿度的增加，树脂基体的发泡率会提高，在其影响下，基体与增强体表面结合的紧密度就会下降，最终，成品零部件的拉伸强度也会下降。不仅如此，湿热环境还会导致复合材料发生老化致使零部件可能会在低载荷下失效。因此，在零部件制备过程中，要尽量避免高温、高湿等不良环境因素。