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。一般說來,復合材料管的層間剪切強度主要是由PPS樹脂基體決定的,但是管材在成型過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驗,對影響復合材料管材層間剪切強度的因素進行了歸納和概述。

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說,當碳纖維含量達到一定程度后,隨著含量的增加,碳纖維的浸漬均勻程度是下降的,ILSS也會下降。但是,對于熱塑性碳纖維PPS復合材料來說,隨著碳纖維含量的增加,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脂材料增強時,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,PPS樹脂含量的占比就會相應減少,樹脂層厚度降低,樹脂層直接剪切破壞的可能性就會被有效抑制,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對受基體支配的材料性能產生負面影響,不僅是ILSS,包括管材的壓縮性能和耐疲勞性都會因此而降低。連續碳纖維增強PPS復合材料預浸帶的制備過程中或多或少地會產生一定的空隙。特別是在纏繞成型的環節中,如果預浸帶的鋪層之間不夠緊密的話,這種空隙就會更多。為此,我公司通過優化制造流程,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程中,因為碳纖維與PPS樹脂基體的熱膨脹系數存在差異,所以在成型過程中,二者之間的界面會有較大的殘余應力存在。我公司通過熱處理的方式緩減或者避免由此帶來的一些不良問題。實踐證明,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,處理時間達到120分鐘時,ILSS能提高5個百分點。熱處理的過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,還改善了碳纖維和PPS樹脂基體之間的界面粘接強度。

環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有所變化,我公司發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明顯影響,即,其ILSS會隨著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%。對于應用方來說,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,所以我公司會針對客戶的實際應用對其做出相應的建議。不過相對于其它種類的復合材料管,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域。

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