CFRP加工问题及主要性能指标

       碳纤维增强复合材料是以碳或石墨纤维为增强材料、以树脂为基体的复合材料，是由质软而粘性大的基体材料和强度高、硬度大的碳纤维增强材料混合而成的二相或多相结构,其力学性能呈各向异性,层间强度低,切削时在切削力的作用    
      下容易产生分层、劈裂等缺陷。碳纤维增强复合材料钻削加工中主要存在以下问题:

       (1)     材料硬度大,其硬度HRC值可达53~65,相当于一般高速钢的硬度,因而钻孔时钻头磨损很快;

       (2) 层间强度低,在钻孔过程中,易产生分层等缺陷;

      (3) 属于各向异性材料,钻孔处的应力集中较大,极易引起劈裂等缺陷;

      (4) 热导率小,线胀系数和弹性恢复大,钻孔时,存在缩孔现象;

      (5) 切屑为粉尘状,对人体健康危害大。 

分层是碳纤维复合材料钻孔的主要缺陷。分层缺陷的大小可以用分层因子（Fd）来表示。分层因子可以用以下公式表示: Fd =Dmax/D 。

      分层因子Fd 与平均轴向力Fz间存在着线性或分段线性关系：平均轴向力Fz越大，分层因子Fd越大，分层越严重。因此,可以通过平均轴向力的大小以及制孔质量，来评判不同钻削工艺的优劣。

 二、主要性能

    （1）力学性能   碳纤维复合材料拉伸强度高，模量大，密度小，具有较高的比强度和很高的比模量。与传统金属材料相比，碳纤维复合材料质量轻，强度高，韧度高，具有明显的优势。与同为新型材料的硅基纤维复合材料相比，碳基纤维的拉伸强度约为其3-7倍。碳基纤维的弹性模量高于硅基纤维，所以碳纤维复合材料在相同外载荷下，应变较小，其制件的刚度比硅基纤维复合材料制件高。高模量碳纤维的断裂伸长率约为0.5%，高强度碳纤维的约为1%，硅基纤维约为2.6%，而环氧树脂的约为1.7%，所以碳纤维复合材料中纤维的强度能得到充分的发挥]0[。 由于碳纤维的脆性很大，冲击性能差，所以碳纤维复合材料的拉伸破坏方式属于脆性破坏，即在拉断前没有明显的塑性变形，应力应变曲线为直线，这一点与玻璃纤维相似，只是模量高于、断裂伸长率低于玻璃纤维。

     （2）热性能  碳纤维复合材料的耐高低温性能好。在隔绝空气（惰性气体保护下），2000°C仍有强度，液氮下也不脆断。 碳纤维复合材料的导热性能好。导热系数较高，但随温度升高有减小的趋势。碳纤维复合材料沿纤维轴向的导热系数为0.04cal/（s*cm* °C）；垂直纤维方向的导热系数为0.002 cal/（s*cm* °C）。碳纤维复合材料的线膨胀系数沿纤维轴向具有负的温度效应，即随温度的升高，碳纤维复合材料有收缩的趋势，尺寸稳定好，耐疲劳性好。

    （3）耐腐蚀性  碳纤维复合材料除了能被强氧化剂如浓硝酸、次氯酸及重铬酸盐氧化外，一般的酸碱对它的作用很小，比硅基纤维复合材料具有更好的耐腐蚀性。碳纤维复合材料不像硅基纤维复合材料那样在湿空气中会发生水解反应，具有好的耐水性及耐湿热老化特性。此外还具有耐油、抗辐射以及减速中字运动等特性。