CFRP加工問題及主要性能指標

       碳纖維增強復合材料是以碳或石墨纖維為增強材料、以樹脂為基體的復合材料，是由質軟而粘性大的基體材料和強度高、硬度大的碳纖維增強材料混合而成的二相或多相結構,其力學性能呈各向異性,層間強度低,切削時在切削力的作用    
      下容易產生分層、劈裂等缺陷。碳纖維增強復合材料鉆削加工中主要存在以下問題:

       (1)     材料硬度大,其硬度HRC值可達53~65,相當于一般高速鋼的硬度,因而鉆孔時鉆頭磨損很快;

       (2) 層間強度低,在鉆孔過程中,易產生分層等缺陷;

      (3) 屬于各向異性材料,鉆孔處的應力集中較大,極易引起劈裂等缺陷;

      (4) 熱導率小,線脹系數和彈性恢復大,鉆孔時,存在縮孔現象;

      (5) 切屑為粉塵狀,對人體健康危害大。 

分層是碳纖維復合材料鉆孔的主要缺陷。分層缺陷的大小可以用分層因子（Fd）來表示。分層因子可以用以下公式表示: Fd =Dmax/D 。

      分層因子Fd 與平均軸向力Fz間存在著線性或分段線性關系：平均軸向力Fz越大，分層因子Fd越大，分層越嚴重。因此,可以通過平均軸向力的大小以及制孔質量，來評判不同鉆削工藝的優劣。

 二、主要性能

    （1）力學性能   碳纖維復合材料拉伸強度高，模量大，密度小，具有較高的比強度和很高的比模量。與傳統金屬材料相比，碳纖維復合材料質量輕，強度高，韌度高，具有明顯的優勢。與同為新型材料的硅基纖維復合材料相比，碳基纖維的拉伸強度約為其3-7倍。碳基纖維的彈性模量高于硅基纖維，所以碳纖維復合材料在相同外載荷下，應變較小，其制件的剛度比硅基纖維復合材料制件高。高模量碳纖維的斷裂伸長率約為0.5%，高強度碳纖維的約為1%，硅基纖維約為2.6%，而環氧樹脂的約為1.7%，所以碳纖維復合材料中纖維的強度能得到充分的發揮]0[。 由于碳纖維的脆性很大，沖擊性能差，所以碳纖維復合材料的拉伸破壞方式屬于脆性破壞，即在拉斷前沒有明顯的塑性變形，應力應變曲線為直線，這一點與玻璃纖維相似，只是模量高于、斷裂伸長率低于玻璃纖維。

     （2）熱性能  碳纖維復合材料的耐高低溫性能好。在隔絕空氣（惰性氣體保護下），2000°C仍有強度，液氮下也不脆斷。 碳纖維復合材料的導熱性能好。導熱系數較高，但隨溫度升高有減小的趨勢。碳纖維復合材料沿纖維軸向的導熱系數為0.04cal/（s*cm* °C）；垂直纖維方向的導熱系數為0.002 cal/（s*cm* °C）。碳纖維復合材料的線膨脹系數沿纖維軸向具有負的溫度效應，即隨溫度的升高，碳纖維復合材料有收縮的趨勢，尺寸穩定好，耐疲勞性好。

    （3）耐腐蝕性  碳纖維復合材料除了能被強氧化劑如濃硝酸、次氯酸及重鉻酸鹽氧化外，一般的酸堿對它的作用很小，比硅基纖維復合材料具有更好的耐腐蝕性。碳纖維復合材料不像硅基纖維復合材料那樣在濕空氣中會發生水解反應，具有好的耐水性及耐濕熱老化特性。此外還具有耐油、抗輻射以及減速中字運動等特性。