1. 引言：為什么拉伸強度如此重要

拉伸強度和彈性模量是評估結(jié)構(gòu)性能的兩個關鍵指標。在航空航天、汽車工業(yè)、工業(yè)機械、儲能設備以及耐壓結(jié)構(gòu)等眾多應用領域中，復合材料的可靠性高度依賴于纖維類型、纖維方向以及增強層數(shù)。

本研究重點分析采用碳纖維與玻璃纖維制成的復合材料在 ISO-527 標準下的拉伸力學表現(xiàn)。研究結(jié)果為理解層數(shù)如何直接影響復合材料的拉伸強度和剛度提供了重要參考。

2. 研究方法：ISO-527 拉伸測試標準

所有拉伸測試均依據(jù) ISO-527 試樣標準進行，以確保測試數(shù)據(jù)的準確性和一致性。研究評估了兩類復合材料：

• 連續(xù)增強型碳纖維層壓板
• 使用短切氈（CSM）制成的玻璃纖維復合材料

所有樣品均采用樹脂基體并按 10:1 催化劑比例制備，以確保固化充分并模擬工業(yè)生產(chǎn)條件。

3. 關鍵發(fā)現(xiàn)：層數(shù)決定強度表現(xiàn)

3.1 雙層碳纖維：最高力學性能表現(xiàn)

研究表明，含有兩層碳纖維的復合材料試樣表現(xiàn)出最卓越的力學性能：

• 拉伸強度：100.76 MPa
• 最大應變：1.76%（低值，表明剛度高）
• 彈性模量：5708.4 MPa

結(jié)果顯示，增加增強層數(shù)顯著提升材料的剛度、承載能力和整體拉伸性能。

3.2 單層碳纖維：最低拉伸強度

含單層碳纖維的試樣表現(xiàn)出最低的力學性能：

• 拉伸強度：19.877 MPa

這一結(jié)果凸顯了單層結(jié)構(gòu)設計的局限性，并證明增強不足會顯著降低力學表現(xiàn)。

3.3 碳纖維 vs 玻璃纖維：差異沒有預期大

既有研究指出，對于單層材料而言，碳纖維與玻璃纖維的拉伸強度差異可能并不顯著。然而本研究證明，決定性能的關鍵在于層數(shù)配置而非纖維類型，它直接影響：

• 拉伸強度
• 彈性模量
• 剛度
• 載荷分布能力

4. 討論：為什么層數(shù)配置如此關鍵

多層碳纖維復合材料之所以表現(xiàn)出更優(yōu)的力學性能，主要歸功于以下增強機制：

• 纖維–基體界面之間高效載荷傳遞
• 在拉伸作用下的抗變形能力
• 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強，層間脫粘風險低
• 彈性模量隨層數(shù)增加而顯著提升

這些特性使多層碳纖維復合材料非常適合作為對高模量、高強度、高耐久性有要求的工程結(jié)構(gòu)材料。

5. 結(jié)論：雙層碳纖維是最佳結(jié)構(gòu)選擇

ISO-527 拉伸測試結(jié)果表明，雙層碳纖維層壓板在拉伸強度與剛度方面表現(xiàn)最佳。其綜合性能全面優(yōu)于單層碳纖維與玻璃纖維復合材料。

對于需要輕量化、高強度、高尺寸穩(wěn)定性的工程應用——尤其是在性能要求極高的工業(yè)環(huán)境中——雙層碳纖維復合材料無疑是最佳材料選擇。