大小絲束碳纖維浸潤與拉伸性能表征與評價.pdf

1、目前，碳纖維基復合材料的成本太高是阻止其繼續(xù)擴大應用領(lǐng)域的重要原因，因此，降低成本是復合材料發(fā)展的關(guān)鍵，采用低成本工業(yè)級大絲束碳纖維可以在生產(chǎn)過程中降低生產(chǎn)成本，研究大絲束是促進復合材料繼續(xù)發(fā)展的重要條件，對此后碳纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是具有重要意義的。本文采用國內(nèi)外不同廠家生產(chǎn)的不同型號的小絲束碳纖維與東邦 STS40-48K和 ZOLTEK-PANEX35-50K兩種典型的大絲束碳纖維進行對比研究，對碳纖維絲束的性能方面展開研究，主要有以下

2、幾個方面：
　　(1)對大小絲束碳纖維與環(huán)氧樹脂135的浸潤性能夠進行研究，發(fā)現(xiàn)大絲束的初始接觸角與穩(wěn)定接觸角都偏大，大小絲束間浸潤性能差異在浸潤過程中更加明顯，差值超過20°，進一步證實大絲束碳纖維的浸潤性能較小絲束差。
　　(2)對樹脂液滴對碳纖維的浸潤過程研究發(fā)現(xiàn)，可以將環(huán)氧樹脂浸潤單向碳纖維絲束的過程分為三個階段：第一浸潤階段(快速下降階段)、第二浸潤階段(緩速下降)、第三浸潤階段(趨于平緩階段)?？梢园l(fā)現(xiàn)規(guī)律：小絲

3、束的浸潤過程中第一浸潤階段都占主體地位，接觸角的變化幅度最大，第二、第三浸潤階段的作用較弱；大絲束碳纖維的第一浸潤階段作用較弱，第二、第三浸潤階段的作用增強，并且第三階段的作用更加凸顯。
　　(3)通過稱重法樹脂含量RC1、截面觀察法樹脂含量值RC2、孔隙率以及表觀形態(tài)、內(nèi)部截面形態(tài)對合格的碳纖維浸膠試樣進行測試與評價，確定膠液的配膠比在3:1時，對碳纖維絲束的浸潤效果最好，小絲束浸膠一次，大絲束浸膠兩次，從而達到合適的樹脂含量。

4、
　　(4)對碳纖維進行絲束拉伸試驗發(fā)現(xiàn)，隨著碳纖維絲束中單絲數(shù)目的增加，絲束拉伸測試中的強力利用率 Q降低，實驗測試得到的拉伸強度與出廠拉伸強度指標之間的差值Δσ增加，大絲束的拉伸強度受到的影響最大，能看到明顯的降低幅度，拉伸強度和小絲束碳纖維有一定差距。
　　(5)通過碳纖維斷口的掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，濕法紡絲碳纖維的斷口平整，表面呈現(xiàn)微粒狀；干噴濕法紡絲碳纖維的斷口起伏不平的，而且在一定區(qū)域內(nèi)還可以觀察到破碎的石墨狀微晶碎

5、片。
　　(6)通過絲束拉伸試樣斷口的掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，東麗公司生產(chǎn)的小絲束3k碳纖維和樹脂的界面粘結(jié)情況較好，界面粘結(jié)緊密，無纖維抽拔；國產(chǎn)12k碳纖維的斷口發(fā)生纖維抽拔，滑移距離短，東麗12k碳纖維保持界面粘結(jié)緊密，無纖維抽拔，國產(chǎn)碳纖維和樹脂的界面性能不及國外碳纖維；東麗公司生產(chǎn)的24k碳纖維的斷口界面輕微脫粘，無纖維拔出，保持較好的界面粘結(jié)狀態(tài)；大絲束碳纖維的斷口同時發(fā)生界面脫粘以及明顯的纖維拔出現(xiàn)象，大絲束碳纖維與樹脂的