纖維棒各層面間的間距約為3.39到3.42A,各平行層面間的各個(gè)碳原子,排列不如石墨那樣規整,層與層之間借范德華力連接在一起。
通常也把纖維棒的結構看成由兩維有序的結晶和孔洞組成,其中孔洞的含量、大小和分布對纖維棒的性能影響較大。
當孔隙率低于某個(gè)臨界值時(shí),孔隙率對碳纖維棒復合材料的層間剪切強度、彎曲強度和拉伸強度無(wú)明顯的影響。有些研究指出,引起材料力學(xué)性能下降的臨界孔隙率是1%-4%。
孔隙體積含量在0-4%范圍內時(shí),孔隙體積含量每增加1%,層間剪切強度大約降低7%。通過(guò)對纖維棒環(huán)氧樹(shù)脂和纖維棒雙馬來(lái)亞胺樹(shù)脂層壓板的研究看出,當孔隙率超過(guò)0.9%時(shí),層間剪切強度開(kāi)始下降。
由試驗得知,孔隙主要分布在纖維束之間和層間界面處。并且孔隙含量越高,孔隙的尺寸越大,并顯著(zhù)降低了層合板中層間界面的面積。
當材料受力時(shí),易沿層間破壞,這也是層間剪切強度對孔隙相對敏感的原因。另外孔隙處是應力集中區,承載能力弱,當受力時(shí),孔隙擴大形成長(cháng)裂紋,從而遭到破壞。
即使兩種具有相同孔隙率的層壓板(在同一養護周期運用不同的預浸方法和制造方式),它們也表現出不同的力學(xué)行為。
力學(xué)性能隨孔隙率的增加而下降的具體數值不同,表現為孔隙率對力學(xué)性能的影響離散性大且重復性差。由于包含大量可變因素,孔隙對復合材料層壓板力學(xué)性能的影響是個(gè)很復雜的問(wèn)題。
這些因素包含:孔隙的形狀、尺寸、位置;纖維、基體和界面的力學(xué)性能;靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)的荷載。
相對于孔隙率和孔隙長(cháng)寬比,孔隙尺寸、分布對力學(xué)性能的影響更大些。并發(fā)現大的孔隙(面積>0.03mm2)對力學(xué)性能有不利影響,這歸因于孔隙對層間富膠區的裂紋擴展的產(chǎn)生影響。