T-700級碳纖維的表面特征評價及其復(fù)合材料界面性能研究.pdf

1、碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐疲勞等優(yōu)異性能，碳纖維及其增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于航空航天、武器制造、汽車部件等眾多領(lǐng)域。而作為新一代高性能纖維的代表，T700級碳纖維具有更為廣闊的應(yīng)用前景。我國自行生產(chǎn)的碳纖維及其復(fù)合材料與進(jìn)口T700碳纖維及其復(fù)合材料相比，在性能方面還有很大的差距，這主要是由國產(chǎn)碳纖維與進(jìn)口碳纖維在表面特性和界面特性上的差異所造成的。為了給國產(chǎn)高性能碳纖維的生產(chǎn)提供有用的參考和指導(dǎo)，本文針對進(jìn)口T700碳纖維的表

2、面性能及其復(fù)合材料的界面性能進(jìn)行了系統(tǒng)地分析與研究。
　　對進(jìn)口T700碳纖維的表面性能進(jìn)行分析表征。物理性能方面，利用表面界面張力儀對纖維的表面能和浸潤性進(jìn)行測試，得到T700碳纖維的表面能為49.15mJ·m-2，說明其表面屬于非極性的惰性表面，它與環(huán)氧樹脂的接觸角為48.85°；利用原子力顯微鏡(AFM)對纖維的表面粗糙程度進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)T700碳纖維的表面比較光滑，無明顯的溝槽與缺陷；纖維表面漿料層的厚度約為35.5nm且

3、漿料的上漿均勻性不夠理想。化學(xué)性能方面，利用X-射線光電子能譜(XPS)對纖維表面的化學(xué)組成進(jìn)行測試，得到T700碳纖維表面含有C、O、N、Si四種元素，其含量分別為72.79％、25.78%、0.48%和0.95%，纖維表面主要含有C-C、C-O、C=O三種化學(xué)基團(tuán)，其含量分別為44.83%、47.02%和8.15%；利用熱重分析(TG)對T700碳纖維表面漿料的耐熱性進(jìn)行分析，得到漿料的起始分解溫度為256.8℃。
　　同樣對

4、進(jìn)口T700碳纖維復(fù)合材料界面的物理性能和化學(xué)性能進(jìn)行分析表征。物理性能方面，T700碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面的剪切強(qiáng)度約為48.54MPa；復(fù)合材料中T700碳纖維與基體樹脂之間的模量差別較大，缺乏有效的過渡區(qū)域?；瘜W(xué)性能方面，在一定條件下，進(jìn)口T700碳纖維的表面能夠與漿料發(fā)生有效的化學(xué)反應(yīng)，二者之間具有較好的反應(yīng)性；經(jīng)過濕熱老化處理后，復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度變?yōu)?0.75MPa，強(qiáng)度下降了約15%，說明T700碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面