發(fā)布時間：2021-07-26 19:26

　　采用掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）和X射線光電子能譜儀（XPS）表征國產T800級碳纖維A和東麗T800H碳纖維的表面形貌與表面化學特性,對兩種碳纖維增強高韌性環(huán)氧樹脂基復合材料的力學性能進行研究。結果表明,碳纖維表面特性對復合材料界面性能具有顯著影響;國產碳纖維A的表面粗糙度和表面化學活性均與東麗T800H碳纖維較為接近,室溫條件下兩種碳纖維復合材料的界面性能基本相當,說明國產碳纖維復合材料M-A具有良好的界面性能;在130℃濕態(tài)條件下,國產碳纖維復合材料M-A的層間剪切強度和90°拉伸強度保持率均略高東麗碳纖維復合材料M-T800H,說明國產碳纖維復合材料M-A的濕熱性能良好。 

【文章來源】：材料工程. 2020,48(10)北大核心EICSCD

【文章頁數】：8 頁

【部分圖文】：

碳纖維表面SEM形貌

圖1 碳纖維表面SEM形貌原子力顯微鏡(AFM)不僅可以獲得國產碳纖維A表面的二維和三維形貌圖,而且可以量化分析碳纖維表面粗糙度,是研究碳纖維表面形貌的重要手段。碳纖維A和東麗T800H碳纖維的AFM三維形貌如圖2,由圖2可以看出,濕法紡絲工藝制備的兩種碳纖維表面都有上漿劑顆粒的存在,且沿纖維軸向有大量溝槽,在三維圖上可清晰地看出“山脊”與“山凹”形貌。其中東麗T800H碳纖維表面溝槽分布深淺不一,而國產碳纖維A表面溝槽深度較均勻。

采用X射線光電子能譜儀(XPS)測試兩種碳纖維的表面化學組成,如圖3所示。碳纖維表面元素種類及含量列于表3。與東麗T800H碳纖維相比,國產碳纖維A表面不僅有碳元素、氧元素、硅元素,還有少量的氮元素和硫元素。兩種碳纖維表面的主要元素都為碳元素和氧元素。根據化學鍵理論,碳纖維表面的化學活性基團能直接影響碳纖維和樹脂的親和性。碳纖維表面活性基團濃度高,有利于碳纖維與樹脂基體形成較強的次價鍵吸引和化學鍵結合,從而提高復合材料的界面性能[19]。碳纖維表面的化學反應活性與其活性基團的濃度密切相關,而這些活性基團主要為羥基、羧基和環(huán)氧基團等含氧官能團,故碳纖維表面的O/C比(氧元素與碳元素比值)可以反映碳纖維的化學活性[20],O/C比越高,碳纖維表面活性越大。從表3中可以看出,兩種碳纖維的O/C比非常接近,可以認為國產碳纖維A的化學活性與東麗T800H碳纖維相當,兩種碳纖維與樹脂間的化學鍵結合作用差距不大,有利于國產碳纖維A與樹脂復合后的材料也具有良好的界面性能。

【參考文獻】：
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本文編號：3304207