两种T700碳纤维表面特性及其复合材料界面性能
碳纤维表面和界面性能研究及评价
碳纤维表面和界面性能研究及评价一、本文概述碳纤维作为一种高性能的新型材料，因其独特的力学、热学和电学性能，在众多领域如航空航天、汽车制造、体育器材等中得到了广泛应用。
碳纤维的优异性能在很大程度上取决于其表面和界面的特性，因此，对碳纤维表面和界面性能的研究及评价具有非常重要的意义。
本文旨在全面深入地探讨碳纤维表面和界面的性能，包括表面形貌、化学结构、物理性质等方面，并通过对这些性能的评价，为碳纤维的制备、改性和应用提供理论依据。
文章将概述碳纤维的基本特性及其应用领域，然后重点介绍碳纤维表面和界面的性能研究方法，包括表面形貌观察、化学结构分析、物理性能测试等。
在此基础上，文章将评价不同表面处理方法和界面改性技术对碳纤维性能的影响，以期为提高碳纤维的综合性能和应用效果提供指导。
通过本文的研究，我们期望能够更深入地理解碳纤维表面和界面的性能特点，为碳纤维的进一步发展和应用提供有力支持。
也希望本文的研究成果能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、碳纤维表面性能研究碳纤维作为一种高性能的新型材料，其表面性能对其整体性能和应用领域具有重要影响。
因此，对碳纤维表面性能的研究成为了材料科学领域的一个研究热点。
碳纤维表面性能主要包括表面形貌、表面化学结构、表面能等方面。
表面形貌是指碳纤维表面的微观结构和粗糙度，它直接影响到碳纤维与基体之间的界面结合强度。
通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等表征手段，可以观察到碳纤维表面的微观形貌，从而评估其表面质量。
表面化学结构是指碳纤维表面的官能团和化学键合状态，它决定了碳纤维的润湿性和与基体的相容性。
通过射线光电子能谱（PS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等分析技术，可以揭示碳纤维表面的化学结构，为改善其界面性能提供理论依据。
表面能是指碳纤维表面单位面积上的自由能，它反映了碳纤维与液体或气体的相互作用能力。
表面能的大小直接影响到碳纤维的浸润性和粘附性。
国内外t700级碳纤维及其复合材料的性能
国内外 Ｔ７００级碳纤维及其复合材料的性能
刘亮１，颜会全１，王芬１，连峰１，２，刘府１ （１中复神鹰碳纤维有限责任公司，江苏 连云港 ２２２０６９；
２中国复合材料集团有限公司，北京 １０００３６）
摘 要：分别以国产 Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维与东丽 Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维为基体，在相同的制备条件下制 得纤维复丝及其复合材料，对比研究了两种碳纤维的复丝强度和复合材料性能。结果表明：ＳＹＴ４９碳纤维 复丝拉伸强度与模量达到同级别东丽 Ｔ７００级碳纤维；ＳＹＴ４９碳纤维板材拉伸、压缩、层剪和弯曲性能均 要接近或优于东丽 Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维复材，说明国产工业化生产碳纤维 ＳＹＴ４９在一定程度上可以取代东 丽同级别碳纤维。
本文在相同实验条件下制备纤维试样，分别 测试了中复神鹰 ＳＹＴ４９碳纤维和东丽 Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ 碳纤维 全 分 析 特 性 及 其 复 材 性 能， 对 国 产 的 ＳＹＴ４９碳纤维与东丽 Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维性能进行 了对比研 究； 通 过 各 个 性 能 对 比， ＳＹＴ４９碳 纤 维 的性能已完全达到东丽 Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维性能 水平，这也 表 明 我 国 碳 纤 维 生 产 正 在 日 益 壮 大， 在工业应用上提供了重要的试验数据基础。
１ 实验部分
１１ 原料
Ｅ４４环氧树脂：南通星辰合成材料有限公司。 三乙烯四胺：分析纯，国药集团化学试剂有 限公司。 Ｓ５００１环氧树脂：ＷＰ－Ｓ５００１，惠柏新材料科 技有限公司。 东丽 Ｔ７００Ｓ－１２Ｋ碳纤维：日本东丽。 ＳＹＴ４９碳纤维：中复神鹰碳纤维有限责任公司。
１２ 主要设备及仪器
扫描 电 子 显 微 镜： ＫＹＫＹ－２８００型 扫 描 电 子
t700碳纤维参数
t700碳纤维参数摘要：1.碳纤维材料简介2.t700碳纤维的特性3.t700碳纤维的应用领域4.我国碳纤维产业的发展现状及挑战5.我国政策对碳纤维产业的支持与推动6.结论正文：碳纤维材料是一种高强度、高模量的纤维材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀、导电性好等优异性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育器材等领域。
t700碳纤维是一种高强度的碳纤维材料，其拉伸强度高达700MPa，弹性模量高达240GPa。
t700碳纤维具有以下特性：1.高强度：t700碳纤维的拉伸强度远高于普通钢材，使其在各种应用中具有优越的承载能力。
2.高模量：t700碳纤维具有较高的弹性模量，能够承受较大的应力而不发生变形。
3.耐腐蚀：t700碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，使其在恶劣环境下依然能够保持稳定的性能。
4.轻质：t700碳纤维的密度较低，重量轻，有助于降低整个结构的质量和提高能效。
t700碳纤维广泛应用于以下领域：1.航空航天：t700碳纤维被用于制造飞机、卫星、火箭等部件，以提高其结构性能和降低重量。
2.汽车：t700碳纤维被用于制造汽车车身、底盘、传动轴等部件，以减轻汽车重量、提高燃油经济性。
3.建筑：t700碳纤维被用于建筑结构加固、桥梁修复等领域，以提高结构的承载能力和抗疲劳性能。
4.体育器材：t700碳纤维被用于制造高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等体育用品，以提高运动性能和舒适度。
我国碳纤维产业虽然已取得一定的发展，但仍面临一些挑战，如生产技术、核心装备和关键原材料等方面的依赖进口。
为应对这些挑战，我国政府出台了一系列政策，以支持碳纤维产业的发展。
例如，鼓励技术创新、加大财政支持力度、优化产业布局等。
总之，t700碳纤维作为一种高性能的纤维材料，在多个领域具有广泛的应用前景。
碳纤维表面状态及其对复合材料剪切性能的影响
２ ０ １ ５年 ９月
材
料
与 冶
金
学
报
Ｖｏ １ ． １ ４ Ｎｏ ． ３ Ｓｅ ｐｔ ．２ ０１ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ａ ｎ ｄ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｙ
ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． １ ４ １ ８ ６ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ６ ７ １ —６ ６ ２ ０ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ ０ ８
ｂ ｙ ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ（ Ｓ Ｅ Ｍ） ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ｅ ｄ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ａ ｒ ｏ ｕ 曲ｅ ． ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ
Ｈ ｕ ａ ｎ ｇ Ｙａ ｎ ，Ｌ ｉ ａ ｎ ｇ Ｌ ｕ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｓ ｕ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｐ ｉ ｎ ｇ ， Ｗａ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｉ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ
（ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ａ ｉ ｒ ｃ ｒ ａ ｔ ｆ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ（ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ ）Ｃｏ ． Ｌ ｔ ｄ ｏ ｆ ＡＶ Ｉ Ｃ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ８ １ ９， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｔ ａｔ ｕｓ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｈｅ ａ ｒ ｐ ｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｉｂｅ ｆ ｒ ｓ ｒ ｅ ｉ ｎｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ
三种T700级碳纤维及其复合材料性能比较-宇航材料工艺
０ 引言 聚丙烯腈基碳纤维具有高比强度、高比模量、耐
高温、耐腐蚀、抗疲劳和低热胀系数等优异特性ꎬ是发 展先进 一 代 运 载 火 箭、 战 略 导 弹 的 关 键 性 基 础 材 料[１－３] ꎮ 根据拉伸性能指标ꎬ聚丙烯腈基碳纤维可以 分为通用标模型( Ｔ３００ 级) 、高强标模型( Ｔ７００ 级) 、 高强中模型( Ｔ８００ 级) 及高模型碳纤维ꎮ 国外航天结 构系统已经实现采用高强型 Ｔ７００ 级碳纤维取代通用 型 Ｔ３００ 级碳纤维应用于制备复合材料主承力结构 件[４－５] ꎮ 目前ꎬ我国也突破了 Ｔ７００ 级碳纤维工程化
收稿日期:２０１６ － ０４ － ２９ 作者简介:李桂洋ꎬ１９８５ 年出生ꎬ博士ꎬ主要从事耐高温热固树脂的设计与合成及先进树脂基复合材料成型工艺研究ꎮ Ｅ－ｍａｉｌ:ｇｕｉｙａｎｇ＿ｌｅｅ＠ ｏｕｔｌｏｏｋ.ｃｏｍ
— ３２ —
宇航材料工艺 ｈｔｔｐ: / / ｗｗｗ.ｙｈｃｌｇｙ.ｃｏｍ ２０１６ 年 第 ４ 期
ＬＩ Ｇｕｉｙａｎｇ ＬＩ Ｊｉａｎｆａｎｇ ＹＡＮＧ Ｙｕｎｈｕａ ＧＵＯ Ｈｏｎｇｊｕｎ ＳＵＮ Ｈｏｎｇｊｉｅ
( Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６)
三种 Ｔ７００ 级碳纤维及其复合材料性能比较
李桂洋 李健芳 杨云华 郭鸿俊 孙宏杰
( 航天材料及工艺研究所ꎬ北京 １０００７６)
文 摘 对 ＭＴ７００、Ｔ７００－Ａ 及 Ｔ７００－Ｂ 三种碳纤维拉伸性能、表面形貌、单向板力学性能及网格加筋圆筒
国产T700级碳纤维表面特性对BMI复合材料湿热性能的影响
3
粒存在，这可能是由于萃取过程中残存的部分上浆剂或
2
（和）上浆剂与碳纤维原丝表面活性化学官能团反应引
1
起的。凸起的颗粒会增加碳纤维表面的粗糙度，碳纤维
1 2 3 4 5μm A、B 和 T700S 表面粗糙度值分别为 34.8nm、46.5nm 和 30.7nm，可以看出碳纤维 B 表面粗糙度最大，T700S 最
层间剪切强度按 ASTM D2344 标准测试，复合材料 铺层 [0]24，试验件尺寸 20mm×6mm×3mm，万能材料试 验机加载速率为 2mm/min。
复合材料湿热处理前力学性能测试条件为室温干 态，湿热处理后力学性能测试环境为 150℃。
2 结果与讨论
2.1 碳纤维表面形貌特征 采 用 扫 描 电 子 显 微 镜（SEM）和 原 子 力 显 微 镜
Keywords: T700 grade carbon Fiber Composites
90 航空制造技术·2014 年第 3 期
Interface Mechanicalment
碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）由于具有比 刚度和比强度高、密度小、耐腐蚀、耐疲劳以及可设计性 强等一系列优异的性能而被广泛应用于航空航天、能源 和汽车等行业 [1-4]。复合材料的机械性能通常依靠纤维 和树脂的性能，而良好的界面结合可以提高复合材料的 结构整体性，使载荷有效地从基体传递到纤维。
5μm5μm
1000..00nnmmL˙ INS ≡ T˙k + bˆ clock +4 3cˆINS +10ε˙00..00nnmm
5μm
2
5μm
4
1
4
3 2
4 5μm
3 2
1
t700碳纤维方格布开孔拉伸强度和开孔压缩强度
t700碳纤维方格布是一种高强度、轻质的材料，具有优异的拉伸和压缩性能，在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到了广泛的应用。
本文将重点研究t700碳纤维方格布在开孔状态下的拉伸强度和压缩强度，旨在探讨开孔对t700碳纤维方格布力学性能的影响，为其在工程领域的应用提供理论依据。
二、t700碳纤维方格布的基本性能1.拉伸强度：t700碳纤维方格布作为一种复合材料，具有优异的拉伸强度，能够承受较大的拉伸载荷而不易发生断裂。
2.压缩强度：同样地，t700碳纤维方格布具有较高的压缩强度，能够在受到压缩载荷时保持较好的稳定性。
三、开孔对t700碳纤维方格布力学性能的影响1.开孔对拉伸强度的影响：开孔会在材料中引入应力集中，使得材料在受拉伸载荷时易发生断裂。
t700碳纤维方格布在开孔状态下的拉伸强度将会受到明显影响。
2.开孔对压缩强度的影响：同样地，开孔也会在材料中引入应力集中，使得材料在受压缩载荷时易发生变形和破坏。
t700碳纤维方格布在开孔状态下的压缩强度将会受到影响。
四、实验方法1.材料准备：选取符合标准的t700碳纤维方格布样品，对其进行开2.拉伸试验：采用拉伸试验机进行实验，记录不同开孔率下t700碳纤维方格布的拉伸强度。
3.压缩试验：采用压缩试验机进行实验，记录不同开孔率下t700碳纤维方格布的压缩强度。
五、实验结果与分析1.拉伸试验结果：实验结果表明，随着开孔率的增加，t700碳纤维方格布的拉伸强度呈现下降的趋势，开孔率越大，拉伸强度下降越明显。
2.压缩试验结果：实验结果表明，随着开孔率的增加，t700碳纤维方格布的压缩强度也呈现下降的趋势，开孔率越大，压缩强度下降越明显。
六、结论1.开孔对t700碳纤维方格布的拉伸强度和压缩强度均有明显的影响，开孔率越大，影响越显著。
2.在实际工程中，需根据具体情况综合考虑t700碳纤维方格布的开孔率和力学性能，合理设计和选用材料，以确保其在使用过程中能够满足工程要求。
国产T700级碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能
2017年第37卷航空材料学报2017，V〇1. 37第2 期第63 - 72 页JO U RN A L OF AERO N A U TICA L M ATERIALS No. 2 pp. 63 - 72国产T700级碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能李国丽，彭公秋，王迎芬，谢富原(中航复合材料有限责任公司，北京101300)摘要：采用扫描电子显微镜（SEM)、反气相色谱（IGC)和X射线光电子能谱仪（X PS)对国产T700级碳纤维和东丽T700S碳纤维的表面形貌、表面能和表面化学特性进行表征，测试两种碳纤维增强双马树脂基复合材料的力学性能，考察国产碳纤维复合材料的界面黏结性能、韧性和湿热性能。
结果表明：碳纤维表面特性（表面形貌、表面能和表面化学组成等）对复合材料界面黏结性能具有显著影响；国产T700级碳纤维/QY9611复合材料在室温下的界面黏结性能优于T700S/QY9611复合材料；国产T700级碳纤维/QY9611复合材料的韧性优异，冲击后压缩强度达到了国外先进复合材料IM7/5250-4的水平；经湿热处理后的层间剪切强度仍与T700S/QY9611复合材料相当，说明 国产T700级碳纤维/QY9611复合材料具备良好的湿热性能。
关键词：碳纤维；双马树脂；复合材料；力学性能d o i：10. 11868/j.issn. 1005-5053. 2016. 000076中图分类号：TB332 文献标识码： A 文章编号：1005-5053(2017)02-0063-10碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强 度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、工艺性好，容 易制造大型结构和整体结构的优点[1_3]，是理想的 武器装备结构材料，已广泛应用于飞机机体、发动 机、导弹、卫星、战车、火炮、舰艇等武器装备及民 用产品[4]。
由于碳纤维增强树脂基复合材料满 足航空装备高性能化、轻量化要求，作为航空领域 的主体材料，其用量已成为衡量航空装备先进性 的重要标志[8]。
两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能研究
第1期纤维复合材料㊀No.1㊀32024年3月FIBER ㊀COMPOSITES ㊀Mar.2024两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能研究王㊀涵,周洪飞,张㊀路,李是卓(中航复合材料有限责任公司,北京100000)摘㊀要㊀研究了两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能,结果表明,与B 类纤维相比,A 类纤维表面形貌粗糙度高约23%㊁O /C 含量高约7.4%㊁活性C 含量高约20%,微观剪切强度高约10%,A 类纤维增强的复合材料冲击后压缩强度比B 类纤维高约8%㊂A 类纤维与树脂形成更好的化学与物理结合,界面结合作用较好㊂关键词㊀T800级碳纤维;界面;表面活性;力学性能Study on the Interface State of Different Domestic T 800Carbon Fibers and the Mechanical Properties of CompositesWANG Han,ZHOU Hongfei,ZHANG Lu,LI Shizhuo(AVIC Composites Co.,Ltd.,Beijing 100000)ABSTRACT ㊀The interface state and mechanical properties of two kinds of domestic T800carbon fibers were studied.The results showed that compared with class B fibers,the surface roughness of class A fibers was about 23%higher,the O /C content was about 7.4%higher,the active C content was about 20%higher,and the microscopic shear strength was about 10%higher.The compressive strength of Class A fiber reinforced composites after impact is about 8%higher than that of class B fiber.Class A fiber and resin form a better chemical and physical bond,and the interface bond is better.KEYWORDS ㊀T800carbon fiber;interface;surface activity;mechanical properties项目支持:国家重点研发计划资助(2022YFB3709100)通讯作者:周洪飞,男,研究员㊂研究方向为先进树脂基复合材料㊂E -mail:wanghan6583@1㊀引言碳纤维复合材料是由增强体碳纤维和基体树脂复合而成,具有明显优于原组分性能的一类新型材料[1],具有较高的比强度㊁高比模量和优异的耐腐蚀的性能,被广泛的应用于航空㊁船舶㊁航天等领域㊂在碳纤维复合材料里,碳纤维起到增强作用,承接作用力和传递载荷,树脂作为基体通过界面作用将载荷传递到纤维㊂因此当复合材料受到外力作用时,界面起到传递载荷的作用就显得尤为重要,界面的性质和状态直接影响复合材料的综合力学性能[2],是影响复合材料力学性能的关键点,也是近期国内外学者研究的热点之一㊂碳纤维增强树脂基复合材料的界面不是特指增纤维复合材料2024年㊀强体纤维和基体树脂之间的单纯几何层,而是泛指纤维与树脂之间的包括几何层在内的界面层[3]㊂在该结构层内,增强体纤维与基体树脂的微观结构与性质都存在不同程度的差异,这不仅取决于纤维与树脂的结构和性质,还受到复合材料固化工艺㊁成型工艺等其他因素影响,如碳纤维在出厂前会进行上浆处理,上浆剂的浓度㊁厚度及种类都会大大影响纤维与树脂的界面结合㊂目前国内外学者对纤维与树脂的界面结合提出几种理论,如化学键结合理论㊁机械啮合理论㊁树脂浸润理论等[4]㊂经过大量的实验研究,结果表明,纤维与树脂的界面结合不是由某一种理论完全解释的,这是多种作用相互协调㊁共同作用的结果[5]㊂Thomsomn等人[6]通过对比多种纤维与多种树脂的界面结合实验,认为纤维与树脂复合使得纤维表面的分子链活动受到限制,根据界面浸润理论,纤维经过树脂浸润后,纤维选择性吸收树脂组分,而后表面形成一层具有刚性结构的界面层,当纤维增强复合材料经过一定温度㊁压力条件下固化成型后,界面层会变得非常复杂,界面层显得更加尤为重要[7]㊂而化学键理论认为,纤维与树脂结合的过程中,主要是范德华力起主导作用[8]㊂目前对于纤维与树脂的界面表征主要包括纤维微观结构㊁纤维表面活性以及纤维与树脂的界面结合强度㊂纤维微观结构可以通过扫描电镜㊁原子力纤维镜等手段实现,纤维表面活性可以通过IGC直接测得纤维活化能,也可以通过间接方式XPS对纤维表面元素及官能团表征计算,从而间接获得纤维活化能;或者通过接触角实验,纤维与不同极性和非极性溶剂接触,通过接触力衡量纤维表面活性㊂纤维与树脂的界面结合强度主要有微脱粘实验和复合材料层间剪切强度,前者是单丝级别,后者是宏观力学级别,数据可靠度都很高,也是目前国内外大量学者常用的表征纤维与树脂界面的方式㊂本文首先通过观察纤维表面形貌㊁测试纤维表面原子含量和纤维与树脂微观结合力,对比两种国产T800级碳纤维界面状态,并制备了复合材料层合板,目的为国产T800级碳纤维应用及其增强的复合材料界面性能研究提供一定的数据支撑和参考意义㊂2㊀实验材料及方法2.1㊀原材料实验采用两种同级别但不同界面的国产A类碳纤维和B类碳纤维,两种纤维的具体信息如表1所示,实验所用树脂为某国产高性能高温环氧类树脂㊂表1㊀两种纤维基本信息批次拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa断裂伸长率/%线密度/(g/km)体密度/(g/cm3)直径/mm长㊁短径比A6324300 2.10450 1.8 5.10 1.04 B6334297 2.13453 1.8 5.13 1.02㊀㊀2.2㊀试样制备2.2.1㊀碳纤维去上浆剂碳纤维在出厂前会在表面涂刷一层上浆剂,目的减少纤维在后续使用过程中造成的磨损㊁打结和并丝现象发生,提高纤维集束性,增加纤维与树脂的浸润性,保护纤维[9]㊂为了更加直观清晰的观察和研究碳纤维本征性能与碳纤维增强树脂基复合材料界面之间的关系,需要对已经上过浆的碳纤维进行去剂㊂本实验按照国标中索式萃取试验方法对两种不同界面的国产T800级A类碳纤维和B类碳纤维进行去剂处理㊂首先将一定长度的碳纤维放置在温度23ʃ2ħ㊁相对湿度50ʃ10%的标准环境下调湿6h以上,将调湿后的碳纤维放置于索氏提取器中,并加入足量的丙酮以确保回流循环,调节加热炉功率,使索氏提取器2h至少完成8次循环,而后萃取36h,关掉加热炉㊂经过一定时间萃取后的碳纤维从索氏提取器中取出,冷却10min,放置于105ʃ5ħ的鼓风烘箱内干燥5h,最后再放入干燥器中进行冷却,温度降至室温即可㊂2.2.2㊀微脱粘制样制备将单根碳纤维(单丝)从碳纤维试样丝束中分离出来,将其拉直并粘贴在回型支架上,如图1所示,高性能高温环氧类树脂在烘箱内50ħ保温30 min,再与二氯乙烷10ʒ1的比例配制树脂液,并迅速搅拌均匀,将配制好的树脂液常温下在真空烘箱里抽真空20min,取出树脂,用大头针蘸取少量配制好的树脂液,轻涂抹于碳纤维单丝上,将试样放于鼓风烘箱里在130ħ下固化30min㊂4㊀1期两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能研究图1㊀微脱粘试样示意图2.3㊀测试与表征使用Quanta 450FEG 场发射扫描电子显微镜(SEM)两种不用界面的T800级碳纤维表面形貌㊂将一束碳纤维用手术刀平齐切断,分别用导电胶带将平齐切断的碳纤维垂直粘贴在铝制载物台上,对粘在导电胶上的纤维表面喷金,经过两次喷金后放入SEM 内观察,电子加速电压为20~50kV,束流1pA,放大倍数50~8000X㊂采用Dimension ICON 原子力显微镜(AFM)观察碳纤维三维立体形貌,通过探针针尖与样品微弱作用力获取纤维表面粗糙度,扫描面积为5μm ˑ5μm,扫描频率为1.0Hz㊂采用X 射线光电子能谱仪(美国ThermoFisch-er,ESCALAB 250Xi)测试碳纤维表面元素组成及化学官能团,分析室真空度8ˑ10-10Pa,激发源采用Al ka 射线(hv =1486.6eV),工作电压12.5kV,灯丝电流16mA,进行5~10次循环的信号累加㊂通过微脱粘试验测试纤维与树脂的微观剪切性能㊂将带有已经固化好的尺寸均匀且正圆的树脂小球碳纤维固定在微脱粘仪器上,移动卡刀,使其将其中一个树脂小球从左右两侧卡住,移动回形架使得纤维匀速自下而上移动,直至卡刀恰好将树脂小球剥落,此时仪器会记录纤维与树脂小球分离瞬间的最大结合力,如何计算纤维与树脂的微观界面结合强度如公式(1)所示㊂IFSS =F max ΠDL(1)式中,IFSS 为纤维与树脂微观界面剪切强度;F 为树脂与纤维剥离时的最大剪切力;L 为纤维迈入树脂球的长度㊂碳纤维增强树脂基复合材料力学性能在Intron 公司的Instro5967万能力学试验机上进行㊂复合材料冲击后压缩强度按照ASTMD7137开展㊂3㊀结果与讨论3.1㊀碳纤维表面形貌两种不同界面的国产T800纤维去除上浆剂后的表面形貌SEM 如图2所示,由图A (a)和A (b)看出未上浆的A 类碳纤维表面整体光滑,但具有相对明显的沿着轴向排列均匀分布的较浅沟槽,由A (c)可看出,纤维截面致密,形状呈正圆形,具有明显的干喷湿纺纺丝工艺特征,干喷湿纺工艺生产的碳纤维兼具了拉伸强度和机械啮合的优势[10]㊂与A 类纤维相比,B 类纤维表面明显沟槽更浅,根据界面机械啮合理论,纤维表面沟槽的数量越小㊁深度越浅,纤维与树脂的界面结合面积越小,界面结合强度越弱㊂图2㊀两种碳纤维表面形貌图5纤维复合材料2024年㊀㊀㊀为了进一步对比两种碳纤维界面状态,采用AFM 对其观察三维立体形貌,如图3所示,由图3可以看出,A㊁B 类纤维表面存在明显的沿着纤维轴向排列的深浅不一沟槽,但A 类沟槽深度更深,数量更多,对两类碳纤维随机抽取三个试样进行粗糙度测试,数据如表2所示,A 类纤维平均粗糙度要高于B 类纤维约23%,根据界面机械啮合理论,纤维表面积越大,粗糙度越高,纤维与树脂结合越牢固㊂图3㊀两种纤维三维表面形貌图表2㊀两种纤维表面粗糙度序号A B 130524622972513303237平均值/nm302245CV1.382.90㊀㊀3.2㊀碳纤维表面元素及含氧官能团通过XPS 表征测试两种碳纤维表面化学特性,如图4所示,对XPS 图谱分峰处理,纤维表面主要存在C㊁O㊁Si㊁N 四种元素,纤维表面原子含量具体如表3所示,数据显示A 类纤维O /C 含量略高于B 类,约7.4%㊂而经过阳极氧化处理过的碳纤维表面O 含量越高,表面活性越高,纤维与树脂的界面结合越牢固㊂图4㊀两种碳纤维XPS 峰图6㊀1期两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能研究表3㊀两种碳纤维表面原子含量样品Si2p /%C1s /%N1s /%O1s /%102.02eV 284.49eV 399.48eV 532.23eV Si㊁N 总量/%O /C /%A (a) 3.1373.24 3.6819.95 6.8127.24A (b) 2.3774.31 3.4619.86 5.8326.73A (c) 2.2975.22 3.1719.32 5.4625.68B (a) 3.8174.25 4.117.857.9124.04B (b) 2.4774.96 3.818.76 6.2725.03B (c)2.6975.223.7718.32 6.4624.36㊀㊀利用C1s 电子XPS 窄扫描,并对测试后的C1s 图谱进行分峰处理,分峰图如图5所示,碳纤维含C 官能团具体含量如表4所示,其中C -O㊁C =O 为活性C,C -C 为非活性C,活性C 占比越高,纤维表面活性越高,整体来看,与B 类纤维相比,A 类纤维表面原子中活性C 含量更高,即其表面活性更高,根据界面化学键结合理论,这意味着A 类碳纤维与树脂的界面结合强度较高㊂图5㊀两种碳纤维C1s 分峰图表4㊀C1s 分峰结果样品C -C /%C -O /%C =O /%284.8eV 286.39eV 288.85eV 活性碳比例/%A (a)67.3729.94 2.6948.43A (b)64.3133.46 2.2355.50A (c)67.530.32 2.1848.15B (a)73.3719.467.1736.30B (b)68.6129.36 2.0345.75B (c)69.6128.36 2.0343.66㊀㊀3.3㊀单纤维/树脂微脱粘采用微脱粘法从微观角度测试两种不同界面的T800级碳纤维与树脂的界面结合作用,具体数据如表5所示,数据显示A 类纤维与高性能环氧树脂的界面剪切力高于B 类纤维约10%,即A 类纤维与该树脂界面结合作用更强㊂㊀㊀3.4㊀复合材料宏观力学性能制备A㊁B 类纤维增强复合材料层合板,并按照ASTM D7137(6.67J /mm)进行冲击后压缩强7纤维复合材料2024年㊀度测试,测试结果如表6所示,表中数据显示两类纤维增强树脂基复合材料均具有较高的冲击后压缩强度,但相比与B类纤维,A类纤维增强树脂基复合材料冲击后压缩强度要高于B类约8%,这可能归功于A类纤维与树脂的界面结合牢固所致㊂表5㊀两批次T800级碳纤维与某高温环氧树脂界面剪切强度样品界面剪切强度平均值/MPa CV/%A(a)120.15 5.03A(b)118.358.08A(c)119.357.61B(a)112.04 4.41B(b)110.37 4.48B(c)103.23 5.36表6㊀纤维增强复合材料冲击后压缩强度序号A类纤维复合材料/MPa B类纤维复合材料/MPa 1348313 2330299 3338318 4326311 5335311 6342321平均值337312CV/% 2.38 2.434㊀结语实验选取了两种不同界面的国产T800级碳纤维及复合材料力学性能,通过对其界面状态和复合材料力学研究,结果表明,相同级别的T800级国产碳纤维,A类纤维表面形貌粗糙度高于B类约23%㊁O/C含量高约7.4%㊁活性C含量高约20%,微观剪切强度高约10%㊂A类纤维增强的复合材料冲击后压缩强度比B类纤维高约8%㊂即A 类纤维与树脂形成更好的化学与物理结合,界面结合作用较好㊂参考文献[1]贺福.碳纤维及其应用.北京:化学工业出版社,2004.[2]梁春华.高性能航空发动机先进风扇和压气机叶片综述[J].航空发动机,2006(03):48-52.[3]王运英,孟江燕,陈学斌,白杨.复合材料用碳纤维的表面技术.处理技术,36(3):53-57.[4]陈祥宝,张宝艳,邢丽英.先进树脂基复合材料技术发展及应用现状.中国材料进展,2009,28(6):2-11. [5]易楠,顾轶卓,李敏.碳纤维复合材料界面结构的形貌与尺寸表征[J].复合材料学报,2010,27(5):36-40. [6]Thomson A W,Starzl T E.New Immunosuppressive Drugs:Mecha-nistic Insights and Potential Therapeutic Advances[J].Immunolog-ical Reviews,1993,136(1):71-98.[7]张巧蜜.聚丙烯腈基碳纤维[M].东华大学出版社,2005-7.[8]何宏伟.碳纤维/环氧树脂复合材料改性处理[M].国防工业出版社,2014.[9]谢云峰,王亚涛,李顺常.碳纤维工艺技术研究及发展现状[J].可化工新型材料,2013,41(5)-27. [10]张焕侠.碳纤维表面和界面性能研究及评价[D].东华大学, 2014.8。
T700级炭纤维复合材料性能对比
T700级炭纤维复合材料性能对比彭公秋;石峰晖;王迎芬;李国丽;郑洪亮;张宝艳;谢富原【摘要】Three types of T700 carbon fibers, A-3K, A-12K and T700SC-12K, were used as reinforcements of carbon fiber/bis-maleimide resin composites. The surface roughness and fuzziness of the three fibers, their damage in the preparation of the prepreg and the mechanical properties of the final composites were compared. Results indicate that the surface roughness and fuzziness of A-3K and A-12K produced using a wet-spinning method are larger than that of T700SC-12K from a dry-jet wet-spinning method. The tensile strength retention ratio in the direction parallel to the fiber axis from fibers to composites of T700SC-12K is higher than those of A-3K and A-12K, owing to the smooth surface, best wear resistance and the minimum damage produced during the preparation of the prepreg for the former. The decreasing order of tensile strength in the direction parallel to the fiber axis of the composites is T700SC-12K, A-3K and A-12K. The interfacial bonding for the composites from A-3K and A-12K is much better compared with T700SC-12K because the former two have stronger mechanical anchoring between fibers and resin matrix than the third.%测试了不同规格T700级炭纤维的表面形貌和起毛量,设计和模拟预浸料制备过程中的炭纤维损伤实验,考察了预浸料制备过程中各关键环节的炭纤维力学性能,并测试了复合材料基本力学性能和观察了复合材料90°拉伸破坏试样断面形貌,最后结合上述实验结果对T700级炭纤维复合材料基本力学性能进行了对比与分析。
T300和T700炭纤维的结构与性能
T300和T700炭纤维的结构与性能李东风;王浩静;贺福;王心葵【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2007(22)1【摘要】利用SEM、元素分析、XRD和激光Raman光谱研究了T300和T700的形貌、化学组成和微观结构参数.结果发现:T700炭纤维表面光滑,而T300炭纤维的表面有大量的沟槽.表明前者是用干喷湿纺原丝,后者是用湿法纺丝原丝.两种纤维的断面均呈现出颗粒状特征.T700的含碳量高于T300,含氮量低于T300.两者的微观结构参数(d002、La和Lc)差异佐证了T700的炭化温度高于T300.T700的择优取向角Z比T300小2.3°,是石墨微晶致密有序排列的反映,因而使其体密度比T300高2.27%,空隙率低7.54%.所以致密化赋予了T700较高的拉伸强度.【总页数】6页(P59-64)【作者】李东风;王浩静;贺福;王心葵【作者单位】中国科学院炭材料重点实验室,中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001;中国科学院,研究生院,北京,100039;邢台学院,化学系,河北,邢台,054001;中国科学院炭材料重点实验室,中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001;中国科学院炭材料重点实验室,中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001;中国科学院炭材料重点实验室,中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001【正文语种】中文【中图分类】TQ342.743【相关文献】1.海南地区T700/5288炭纤维复合材料自然老化性能研究 [J], 张代军;唐邦铭;包建文;刘刚2.T700和T300碳纤维增强环氧树脂基复合材料耐湿热老化性能的对比 [J], 余治国;杨胜春;宋笔锋3.高温处理对T300级炭纤维结构及性能的影响 [J], 冯阳阳;崔红;李瑞珍4.T700级炭纤维复合材料性能对比 [J], 彭公秋;石峰晖;王迎芬;李国丽;郑洪亮;张宝艳;谢富原5.T300与国产PAN基炭纤维的结构和性能研究 [J], 杨玉蓉;杨永生;华中;刘新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
两种T700碳纤维表面特性及其复合材料界面性能
两种T700碳纤维表面特性及其复合材料界面性能郝华;李鹏;凌辉;孙宏杰;于运花;杨小平【期刊名称】《玻璃钢/复合材料》【年(卷),期】2013(000)001【摘要】分别用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及接触角测量仪分析了国产MT700C碳纤维和东丽T700SC两种碳纤维的表面微结构、表面化学特性以及与树脂的浸润性,并对其环氧树脂复合材料MT700C/603和T700SC/603在干态和湿态下的界面性能进行了研究.结果表明,MT700C碳纤维表面O/C比和活性碳原子含量比T700SC碳纤维高,并且表面具有明显的沟槽,因此MT700C与树脂的浸润性好于T700SC碳纤维,可以与603树脂形成具有良好界面粘结的MT700C/603复合材料.在室温干态条件下,MT700C/603复合材料的层间剪切强度(ILSS)大于T700SC/603复合材料.但是在湿热老化环境中,T700SC/603复合材料最终的剪切强度保留率大于MT700C/603复合材料.【总页数】5页(P30-34)【作者】郝华;李鹏;凌辉;孙宏杰;于运花;杨小平【作者单位】北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京 100029;北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京 100029;航天材料及工艺研究所,北京 100076;航天材料及工艺研究所,北京 100076;航天材料及工艺研究所,北京100076;航天材料及工艺研究所,北京 100076【正文语种】中文【中图分类】TB332【相关文献】1.国产T700级碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能 [J], 王迎芬;刘刚;彭公秋;李韶亮;谢富原2.上浆剂对国产T700级碳纤维复合材料界面性能的影响 [J], 罗云烽;杨喆;肈研;谢富原3.国产T700级碳纤维表面特性对BMI复合材料湿热性能的影响 [J], 王迎芬;彭公秋;谢富原;罗云烽4.T700级碳纤维/QY9611双马树脂复合材料界面性能研究 [J], 李国丽;彭公秋;王迎芬;谢富原;刘勇5.基于DIC研究应力比对T700碳纤维复合材料疲劳性能的影响 [J], 王付胜;欧阳俊杰;孔繁淇;邸则坤;陈亚军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
t700碳纤维参数
t700碳纤维参数摘要：1.引言2.t700 碳纤维的特点3.t700 碳纤维的参数4.t700 碳纤维的应用领域5.结论正文：【引言】t700 碳纤维是一种高强度、高模量的碳纤维材料，由于其出色的力学性能和化学稳定性，在众多领域都有着广泛的应用。
本文将对t700 碳纤维的参数进行详细的介绍，以期为大家提供更为全面的了解。
【t700 碳纤维的特点】t700 碳纤维具有以下特点：1.高强度：t700 碳纤维的拉伸强度高达700MPa，远高于其他类型的碳纤维。
2.高模量：t700 碳纤维的模量高达240GPa，使得它在受力时不易变形。
3.轻质：t700 碳纤维的密度仅为1.8g/cm，比铝还轻，但强度却高于钢铁。
4.耐腐蚀：t700 碳纤维具有优良的耐腐蚀性能，能在各种恶劣环境下保持稳定性能。
【t700 碳纤维的参数】t700 碳纤维的主要参数如下：1.纤维直径：t700 碳纤维的直径约为7μm。
2.纤维长度：t700 碳纤维的长度可以根据需求进行裁剪，通常为300mm 至500mm。
3.弹性模量：t700 碳纤维的弹性模量为240GPa。
4.拉伸强度：t700 碳纤维的拉伸强度为700MPa。
5.密度：t700 碳纤维的密度为1.8g/cm。
【t700 碳纤维的应用领域】t700 碳纤维优异的性能使其在多个领域有着广泛的应用，包括：1.航空航天：t700 碳纤维可用于制作飞机、火箭等部件，以减轻整体重量，提高性能。
2.体育用品：t700 碳纤维可用于制作高尔夫球杆、自行车车架、滑雪板等，以提高运动性能。
3.汽车工业：t700 碳纤维可用于制作汽车车身、底盘等部件，以降低汽车重量，提高燃油效率。
4.能源领域：t700 碳纤维可用于制作风力发电机的叶片，以提高发电效率。
【结论】t700 碳纤维凭借其出色的性能和广泛的应用领域，在众多行业中具有举足轻重的地位。
碳纤维增强复合材料的界面性能研究
碳纤维增强复合材料的界面性能研究碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称 CFRP）可是个厉害的家伙！在当今众多领域都大放异彩，从航空航天的高精尖设备，到汽车制造中的轻量化部件，都有它的身影。
不过呢，要想让这 CFRP 真正发挥出超强的性能，其中一个关键就在于它的界面性能。
我还记得之前去一家工厂参观的时候，看到工人们正在加工 CFRP制成的零件。
那时候我就好奇地问其中一位老师傅：“这东西咋就这么厉害呢？”老师傅笑了笑，一边熟练地操作着机器，一边跟我说：“这就得从它的界面性能说起咯。
”咱们先来聊聊碳纤维和基体树脂之间的这个“界面”。
想象一下，碳纤维就像是一根根坚强的“钢筋”，而基体树脂就像是包裹着钢筋的“混凝土”。
要是这“钢筋”和“混凝土”之间结合得不牢固，那整个结构能结实吗？显然不能！所以说，这个界面性能直接决定了 CFRP 整体的强度、韧性等关键性能。
那怎么去研究这个界面性能呢？科研人员们可是想出了各种各样的办法。
比如说，他们会用一些超级厉害的显微镜，像扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM），去仔细观察碳纤维和基体树脂之间的微观结构，看看它们是怎么相互作用的。
这就好像我们拿着放大镜去看蚂蚁搬家，只不过这个放大镜可高级多了！还有啊，他们会做一些力学性能测试。
把 CFRP 样品放在专门的机器上拉一拉、压一压，看看在多大的力作用下它会变形或者断裂。
通过这些测试的数据，就能分析出界面性能的好坏。
另外，化学分析方法也少不了。
通过检测碳纤维表面的化学成分，以及它和基体树脂之间的化学反应，就能了解它们之间的结合方式和强度。
在实际应用中，界面性能的好坏影响可大了。
比如说，在制造飞机翅膀的时候，如果 CFRP 的界面性能不好，那在飞行过程中遇到气流的冲击，翅膀可能就会出现裂缝，这得多危险啊！再比如，汽车的一些关键部件如果用了界面性能差的 CFRP，那在发生碰撞的时候，可能就无法有效地吸收能量，保护乘客的安全。
碳纤维表面处理及其增强环氧树脂复合材料界面性能研究
碳纤维表面处理及其增强环氧树脂复合材料界面性能研究摘要：碳纤维（CF）增强树脂基复合材料（CFRP）是先进复合材料的典型代表，具有密度小、力学性能优异、耐热、耐低温等优点，在航空航天、军事、汽车、体育等领域具有重要的应用前景，但是碳纤维表面光滑呈惰性，与树脂基体的界面粘结性差，限制了CFRP复合材料性能的发挥。
针对这一问题，本文采用PAN基碳纤维和双酚A型环氧树脂作为复合材料的增强相和树脂基体，展开CF的表面处理及其CFRP复合材料界面性能的研究。
本文采用氨水处理和浓HNO3处理碳纤维表面，通过单丝拔出实验测试复合材料的界面结合强度来表征复合材料的界面粘结性能，并分析了机械锚定和化学键合两种作用共同出现并对复合材料界面性能起改善作用时，两个因素之间的关系，以及起主导作用的因素，对碳纤维与树脂间相容性机理的研究具有知道作用。
关键词：碳纤维；环氧树脂；复合材料；表面处理；界面性能1、引言1.1碳纤维概述碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化和石墨化制成的纤维状碳，是一种高性能的先进非金属材料。
根据原料不同，碳纤维可分为聚丙烯腈（PAN）系碳纤维、沥青系碳纤维、黏胶系碳纤维、人造丝系碳纤维等。
其中聚丙烯腈基碳纤维综合性能最好，产量占碳纤维总产量的90％以上。
由于原料及制法不同，所得碳纤维的性能也不一样。
根据力学性能的不同，碳纤维可分为超高强度碳纤维（UHS）、高强度碳纤维（HS）、超高模量碳纤维（UHM）、高模量碳纤维（HM）、中等模量碳纤维（MM）、普通碳纤维等等。
我国对碳纤维的研究始于20世纪60年代，80年代开始研究高强型碳纤维。
目前，利用自主技术研制的少数国产T300、T700碳纤维产品已经达到国际同类产品水品。
但是与国际水平相比，国产碳纤维强度低、平均稳定性差、毛丝多、品种单一且价格昂贵，而且国内碳纤维总生产能力较小，不能满足国内的需要，仍需大量进口。
这些都严重影响了我国高新技术的发展，尤其制约了航空航天及国防军工事业的发展，与我国的经济发展进程不相称。
T700和T300碳纤维增强环氧树脂基复合材料耐湿热老化性能的对比
余治国 ,等 : T700 和 T300 碳纤维增强环氧树脂基复合材料耐湿热老化性能的对比
对低廉的碳纤维作为 T300 的替代品显得非常迫 切 。T700 碳纤维就是一种很好的替代产品 ,其价格 仅为 T300 的 1/ 10[7 ] 。
老化试验是评价和研究各种材料在一定环境下 的耐老化性能和老化规律的一种手段[8 - 11] 。老化试 验方法可分为两类 : (1) 自然老化试验 ,即利用自然 环境条件或自然介质进行试验 ; (2) 加速老化试验 , 即利用人工方法 ,在室内或设备内模拟近似于大气环 境条件或某种特定的环境条件 ,并强化某些因素 ,以 期在较短时间内获得结果 。作者针对某树脂基复合 材料部件在制造车间 、产品库房和露天条件三种湿热 老化环境中 ,对 T700 碳纤维/ 环氧树脂基和 T300 碳 纤维/ 环氧树脂基复合材料以及两种复合材料与金属 胶接结构进行湿热加速老化试验 ,并对老化前后的材 料进行了力学性能试验和无损检测 。
Key words : co mpo site ; hydrot hermal aging ; accelerated experiment ; p roperty conservation percentage
0 引 言
近年来 ,先进树脂基复合材料因具有高的强度 、 刚度和优异的耐腐蚀性能 ,在航空航天等工业中得 到了广泛应用 。尽管树脂基复合材料具有优良的耐 腐蚀性能 ,但最近研究表明 ,它在一定的温度 、湿度 、 紫外光 等 条 件 下 也 会 发 生 腐 蚀 使 其 力 学 性 能 降
22t300碳纤维环氧树脂基复合材料加速老化前后的力学性能可见湿热老化对t300碳纤维环氧树脂基复合材料简称t300复合材料力学性能的影响也不大加速老化70后材料性能保持率良好除纵向拉伸强度纵向压缩强度及模量横向压缩强度和纵横剪切强度在老化后稍有所降低除纵向压缩强度保持率为743其余性能保持率均高于80其他各性能参数均没有降低反而略高于未老化试样
国产高性能碳纤维表征分析
国产高性能碳纤维表征分析摘要：本文采用SEM、XRD、XPS、Raman等测试技术对国产ZCF碳纤维与T700碳纤维进行表征分析，研究结果发现T700碳纤维相较于国产ZCF碳纤维微观横截面形状有一定差异，T700碳纤维横截面更规整，微晶尺寸更小，有更高的理论强度；国产ZCF碳纤维与T700碳纤维石墨化晶面间距差异小，拉伸模量相当。
T700碳纤维活性碳含量百分比与国产ZCF碳纤维相比差距不大，表面活性差异小，但国产ZCF碳纤维表面活性存在一定的不稳定问题。
关键词：碳纤维；微观结构；表征分析1前言近年来，以复合材料等先进复合材料为核心的飞机机体结构与制造技术航空发展的关键技术之一。
复合材料具有优异的可设计性，在不改变结构重量的情况下，可根据机体强度与刚度要求进行优化设计，在制造上也能满足大面积整体成型的特点，有利于实现机体减重。
同时，聚合物基复合材料具有良好的耐腐蚀性与耐热性，可满足在恶劣环境下长储存寿命的特殊要求，降低使用维护的寿命周期成本。
碳纤维作为先进复合材料的增强体，在航空航天等领域已经有广泛的应用，其性能和质量对复合材料的性能及制件质量有重要影响。
有研究表明，碳纤维的微观结构形貌对碳纤维的性能有重要影响，碳纤维的石墨微晶尺寸、石墨微晶取向度、缺陷、微观形貌等对碳纤维的力学性能有重要影响，如微观形貌和缺陷主要影响碳纤维拉伸强度，缺陷多、微观形貌差，会导致碳纤维拉伸强度下降【1-2】。
碳纤维的表面沟槽形貌影响其复合材料的界面结合性能，微观缺陷对复合材料的力学、疲劳性能、工艺、质量等有显著影响【3-4】。
本文采用SEM XRD XPS RAMAN AFM等测试手段，对国产T700级碳纤维及T700碳纤维的微观结构、组成成分、微晶尺寸、表面状态进行测试，并对碳纤维进行评价与分析。
2实验部分实验选择国产碳纤维ZCF，3K；日本Toray公司生产的T700,12K。
2种碳纤维的基本力学性能列于表1。
表1 原材料的基本力学性能参数SEM采用场发射扫描电子显微镜，放大倍数范围（50～100000）倍。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
纤维 的表 面化学 特 性 ； 采 用 视 频光 学 接 触 角 测 量 仪 （ Ｄ ａ ｔ ａ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｅ ｓ Ｏ Ｃ Ａ ２ ０ ） 测 定 纤 维 和 树 脂 形 成 的接 触 角， 分 析两 种碳 纤 维 的 表面 浸 润 性 。在 万 能 材 料 试
验机 （ Ｉ Ｎ Ｓ Ｔ Ｒ Ｏ Ｎ ． １ １ ２ １型 ） 上， 依 据 标准 Ｊ Ｃ ／ Ｔ ７ ７ ３ —
树 脂 的性能 ， 而 且 与 两者 之 间 界 面 的性 质 以及 界 面 粘 结强 度 密 切 相 关 。 碳 纤 维 的表 面 特 性 直 接 影 响 复合材 料 的界 面性 质 和界 面粘 结 强 度 ， 进 而 影
仪（ Ｘ Ｐ Ｓ ， Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ｏ Ｆ ｉ ｓ ｈ ｅ ｒ Ｅ Ｓ Ｃ Ａ Ｌ Ａ Ｂ ２ ５ ０型 ） 分 析 两 种
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｂ ３ ３ ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３— ０ ９ ９ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ３ ０— ０ ５
碳 纤 维增 强 树 脂基 复合 材 料 具有 质 量 轻 、 高 比 强度 、 高 比模量 、 耐腐 蚀 、 耐 疲 劳 和 可设 计 性 强 等 一
复合材 料 由航 天 工艺材 料研 究所 提供 。
１ ． ２ 实验方 法
采 用扫 描 电子显微 镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ， Ｚ ｅ ｉ ｓ ｓ Ｓ ｕ ｐ ｒ ａ ５ ５ ） 观 察 两种碳 纤维 的表 面微 结 构 ； 采用 Ｘ射 线 光 电子 能谱
界 面相组 成 ， 碳 纤 维作 为增强 相主要 起 承载 作 用 ， 树 脂作 为 基体相 主 要 起 连接 增 强 相 和 传载 作 用 ， 界 面 是 连接碳 纤维 和基 体 树脂 的重 要 “ 枢纽” ， 同时起 着 从 基体 向纤 维传递 外加 载荷 的作 用 。因此碳 纤 维 复 合 材料 的力 学性 能及破 坏行 为不仅 取决 于碳 纤 维 和
系列 优点 ， 因此 被 广 泛 应用 于航 天 航 空 、 风力发 电、 石油 开 采 、 电 力 输 送 和交 通 运 输 等 多 个 领 域 ¨ 。 碳纤 维 复合材 料 由碳纤 维 、 树 脂 基 体 和 两者 之 间 的
产的 Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ碳 纤 维 。Ｍ Ｔ ７ ０ ０ Ｃ ／ ６ ０ ３和 Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ ／ ６ ０ ３
摘 要 ：分 别 用 扫描 电子 显微 镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 、 ｘ 射 线 光 电 子 能谱 （ Ｘ Ｐ Ｓ ） 以及 接 触 角 测 量 仪 分 析 了 国产 Ｍ Ｔ ７ ０ ０ Ｃ 碳 纤 维 和 东 丽
Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ两种碳纤 维的表 面微结构 、 表 面化 学特性 以及 与树脂 的浸润性 ， 并对其 环氧树 脂复合材料 Ｍ Ｔ ７ ０ ０ Ｃ ／ ６ ０ ３和 Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ ／ ６ ０ ３ 在干态和湿态下的界 面性能进行 了研 究。结果表 明， Ｍ Ｔ ７ ０ ０ Ｃ碳 纤维表 面 Ｏ ／ Ｃ比和活性碳原 子含 量比 Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ碳 纤维 高， 并且 表面具有明显的沟槽 ， 因此 ＭＴ ７ ０ ０ Ｃ与树脂的浸润性好 于 Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ碳纤 维， 可以与 ６ ０ ３树脂形成具有 良好界 面粘 结的 Ｍ Ｔ ７ ０ ０ Ｃ ／
３ ０
两种 Ｔ ７ ０ ０碳 纤维表 面特性及其 复合材料界 面性 能
两种 Ｔ Ｔ ０ ０碳 纤维 表 面特 性 及 其复合 材 料界 面 性能
郝 华 ，李 鹏 ，凌 辉 ，孙 宏杰
（ １ ．北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室 ，北京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ； ２ ．航天材料及工艺研 究所 ，北京 １ ０ ０ ０ ７ ６ ）
１ ９ ８ ２ （ １ ９ ９ ６ ） 单 向纤 维 增 强 塑 料 层 间剪 切 强 度 试 验
方法 ， 测定 两种 Ｔ ７ ０ ０碳纤 维 复合材 料 （ ＭＴ ７ ０ ０ Ｃ ／ ６ ０ ３
和Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ ／ ６ ０ ３ ） 分别 在 干态 以及浸 泡于 ７ ０ ￣ Ｃ 去 离子 水 中不 同时 间下 的层 问剪 切 强 度 ， 每个 数 据 点 取 ５
和浸润 性 进 行 了分 析 ， 并对其 复合材料 （ ＭＴ ７ ０ ０ Ｃ ／
６ ０ ３和 Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ ／ ６ ０ ３ ） 在 干 态 和湿为 Ｍ Ｔ ７ ０ ０ Ｃ和 Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ纤 维 表 面 的 Ｓ Ｅ Ｍ 照 片 。可 以看 出 ， 两 种 纤 维 的表 面 粗 糙 度有 着 明 显 区 别： ＭＴ ７ ０ ０ Ｃ碳 纤维 表 面 （ 图１ ａ ） 沿 纤 维 径 向 分 布着 许 多 相互 平 行 的沟 槽 ， 而Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ碳 纤 维 （ 图１ ｂ ） 表
响到 复合材 料 的宏 观 性 能 。本 文 采 用 Ｓ Ｅ Ｍ、 Ｘ Ｐ Ｓ
和接触 角测 试 方 法 分 别 对 国产 和 进 口的两 种 Ｔ ７ ０ ０ 碳 纤维 的表 面特 性 包 括 表 面微 结 构 、 表 面 化 学 特 性
个试 样 的平均值 。
２ 结 果 与讨 论
２ ． １ 两种 碳纤 维 的表面微 结构