几种碳纤维的表面状态表征与分析

使用扫描电镜、原子力显微镜与X射线光电子能谱仪,对T300,T700,T800,AS4四种碳纤维的表面进行物理与化学表征和分析。用扫描电镜观察得出T300,T800表面物理形态相近,T700表面较光滑但有絮状浆料,AS4表面极光滑且直径较大。原子力显微镜揭示了碳纤维更微观的形貌,T300与T800的形貌差别清晰可见。XPS定量分析技术表明,T300,T700,T800表面的活性基本相同,AS4则较差。纤维表面状态的这些差异体现在其复合材料的界面力学性能上。      

国产T700级碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料界面性能

分别以日本东丽T700S和国产T700级碳纤维作为增强体,采用热压罐成型工艺制备了双马来酰亚胺树脂基复合材料。对比研究了两种碳纤维表面物理、化学状态以及复合材料的微观界面性能、层间剪切性能。结果表明,国产T700级碳纤维表面沟槽结构分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。虽然两种碳纤维的含氧官能团相当,但国产T700级碳纤维表面元素氧碳比较高,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用,其界面剪切强度较T700S碳纤维复合材料高约14%,复合材料的层间剪切强度高约19%。     

碳纤维表面状态对其复合材料性能的影响

涂覆A、B两种不同上浆剂的国产碳纤维ZT700-A,ZT700-B以及日本东丽T700S,利用SEM,FTIR,XPS等仪器分析纤维表面形貌以及碳纤维表面的化学状态,测试了三种碳纤维复合材料的横向拉伸强度,用SEM观察其断面形貌。研究表明:国产碳纤维ZT700-B表面沟槽明显,羟基、羰基、羧基等活性官能团含量较高,物理和化学双重作用使ZT700B与环氧树脂界面粘接效果显著,复合材料的横向拉伸强度为42MPa,分别比ZT700-A和日本东丽T700S要高出83%和62%。     

国产T800碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的界面及力学性能

分别采用日本东丽T800H和国产T800碳纤维作为增强体,采用热压罐工艺制备双马来酰亚胺树脂基复合材料。研究了2种碳纤维的表面物理和化学状态,复合材料的微观界面性能及力学性能。结果表明:国产T800碳纤维表面沟槽分布较多,表面粗糙度较高,有利于与树脂基体形成更好的物理结合作用。同时,国产T800碳纤维表面具有较多的含氧官能团,有利于与基体树脂形成更好的化学结合作用。因此,国产T800碳纤维的界面剪切强度较T800H碳纤维高约27%。国产T800/HT-280复合材料的力学性能均普遍高于T800H/HT-280复合材料,其中,90°拉伸强度高约25%,面内剪切强度、弯曲强度高约12%,层间剪切强度高约7%。      

HKT800碳纤维微观结构与性能

为深入剖析国产HKT800碳纤维的微观结构和性能,用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪、压汞仪等对HKT800碳纤维进行了表征,并与东丽T800碳纤维进行了对比分析,结果表明:HKT800碳纤维的表面带有沟槽,少量碳纤维截面呈腰果形,不同于T800碳纤维,且表面粗糙度较大;HKT800碳纤维拉曼测试ID/IG比值为1.07,表面微晶尺寸较小;2种碳纤维层间距均为0.347 nm,孔隙率均为17.4%,比较一致,但HKT800碳纤维堆叠尺寸、取向度略高于T800碳纤维,而微孔偏离碳纤维轴取向程度、微孔长度、微孔横截面平均切割线长度均略低于T800碳纤维,HKT800碳纤维中微孔尺寸、数量的分布也不同于T800碳纤维.     

国产T700级碳纤维/BMI复合材料湿热性能

为研究国产碳纤维复合材料湿热性能,基于热压罐制备工艺,分别将国产T700级碳纤维和日本东丽T700S碳纤维与国产QY9611双马树脂进行匹配,从纤维表面物理/化学状态、吸湿曲线、吸湿后玻璃化转变温度、宏观力学性能等方面对2种复合材料开展湿热性能研究.结果表明:国产T700/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.77%(35 d),T700S/BMI复合材料的饱和吸湿率为0.81%(19 d);71℃水浸168 h后,国产T700/BMI的玻璃化转变温度(T_g)下降10.3%(由252.1℃到226.2℃),T700S/BMI复合材料的玻璃化转变温度(T_g)下降8.7%(由256.6℃到234.3℃);150℃湿态环境下,国产T700/BMI复合材料90°拉伸强度与T700S/BMI基本相当,0°压缩强度较T700S/BMI高约17.9%,层间剪切强度较T700S/BMI高约9.3%,表明国产T700/BMI复合材料具有更优良的湿热力学性能.     

3种高强中模型PAN基碳纤维的微观结构比较

采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、小角X射线散射仪对国产的两种高强中模型碳纤维与日本东丽T800H碳纤维的结构进行表征,比较了它们的表面形貌、断面形貌、石墨微晶结构和微孔结构。结果表明,国产的高强中模型碳纤维的表面形貌优于日本T800H,但在断面形貌、石墨微晶结构和微孔结构等微观结构上仍有一定差距,需从工艺上进行改进。     

国产高性能碳纤维表征分析及复合材料力学性能研究EI北大核心CSCD

采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱仪(XPS)表征国产T800级碳纤维A和东丽T800H碳纤维的表面形貌与表面化学特性,对两种碳纤维增强高韧性环氧树脂基复合材料的力学性能进行研究。结果表明,碳纤维表面特性对复合材料界面性能具有显著影响;国产碳纤维A的表面粗糙度和表面化学活性均与东丽T800H碳纤维较为接近,室温条件下两种碳纤维复合材料的界面性能基本相当,说明国产碳纤维复合材料M-A具有良好的界面性能;在130℃湿态条件下,国产碳纤维复合材料M-A的层间剪切强度和90°拉伸强度保持率均略高东丽碳纤维复合材料M-T800H,说明国产碳纤维复合材料M-A的湿热性能良好。     

碳纤维表面状态对其复合材料界面性能的影响

为了研究上浆剂和湿热处理对复合材料微观界面性能的影响,通过单丝断裂实验测试去浆处理及湿热处理前后T300、T700SC、T800S碳纤维单丝/环氧树脂体系的界面剪切强度(IFSS),结合扫描电镜测试手段分析了纤维表面物理特性对IFSS的影响.结果表明:去浆及湿热处理均会引起三种单丝复合材料体系IFSS降低,断点形貌由X状向鞘状发生变化,但不同的单丝复合体系IFSS降幅以及断点形貌变化程度不同;去浆后,T700SC/环氧树脂体系IFSS降幅达70.67%,T300/环氧树脂体系仅下降6.05%;湿热处理72 h后,T300/环氧树脂体系IFSS下降幅度最小;湿热作用下,去浆后的单丝/环氧树脂体系IFSS的下降更为显著.     

两种碳纤维增强Cf/BN-Si3N4复合材料性能对比

采用XRD,XPS和SEM对T300和T700两种碳纤维的物相结构、表面成分以及表面形貌进行了分析.分别以两种碳纤维编织件为增强体,采用先驱体浸渍一裂解(PIP)工艺制备了Cf/BN-Si3N4复合材料,并对其力学性能和微观结构进行分析.结果表明,两种碳纤维的石墨化程度、表面活性均相近,表面形貌差别很大.两种纤维增强的复合材料密度相当,但力学性能以及断裂行为有明显区别.与T300碳纤维增强的复合材料相比,T700增强的复合材料弯曲强度更高,弹性模量略低,具有更好的韧性.碳纤维表面状态的差异是纤维与基体的结合强弱以及复合材料力学性能不同的主要原因.     

东丽T800H与T800S碳纤维的微观结构比较

东丽T800H和T800S是分别采用湿纺和干湿纺制备的两种力学性能相近的碳纤维,为弄清不同纺丝方法对T800级碳纤维微观结构的影响,采用扫描电镜、X射线衍射仪、小角X射线散射仪和高分辨透射电镜对这两种碳纤维进行测试,比较其表面形貌、断口形状和形貌、石墨微晶结构和微孔结构等.研究结果表明,湿纺制备的T800H比干喷湿纺制备的T800S的表面粗糙、断口圆度差、原纤尺寸较大、石墨微晶致密度差且发育不完善、内部微孔尺寸大、石墨微晶条带韧性差,这正是T800H的拉伸强度和断裂伸长率不如T800S的重要微观结构因素,但T800H的石墨微晶取向度不如T800S,孔隙率略高于T800S.     

碳纤维表面物理结构对复合材料界面剪切强度的影响

以3种典型碳纤维为研究对象,通过碳纤维断面形貌的扫描电镜分析,采用Photoshop对纤维截面特征进行有效提取并由Matlab编写程序,获得了碳纤维表面沟槽深度、宽度、个数等参数的统计信息,据此进一步计算了圆形度、沟槽深宽比、表面不规整度以及沟槽密集程度等物理量,建立了碳纤维表面物理沟槽结构的定量表征方法。在此基础上研究了原丝制备过程中的凝固环境对碳纤维表面物理结构的影响,并发现:当凝固浴温度由25℃升高至45℃时,碳纤维表面的沟槽深度及宽度均会逐渐减小,深宽比降低,沟槽形状逐渐趋于平缓,同时碳纤维的表面不规整度减小了约7.5%,而沟槽密集程度增加了约50%。采用上述具有不同表面物理结构特征的碳纤维作增强体制备复合材料,微滴脱粘测试结果表明:碳纤维复合材料的界面剪切强度(IFSS)随纤维表面的沟槽尺寸、沟槽深宽比及表面不规整度的增大而逐渐提高。     

碳纤维微结构与热辐射性能的相关性研究

利用自动分光辐射测量仪测试了T300和T700两种碳纤维及通电除胶前后T300碳纤维的法向光谱发射率和法向总发射率,研究了碳纤维微结构与热辐射性能的相互关系.结果表明:T700碳纤维和经过表面除胶后的T300碳纤维样品,其法向总发射率有所降低,光谱发射率基本在三个波段范围内变化,这与碳纤维的微结构有关.在2500～5000nm范围内的光谱发射率主要受自由载流子的跃迁机制作用,在5000～6500nm和6500～13000nm波段内的光谱发射率主要与乱层微晶结构中碳网平面内碳碳键的振动以及微结构中无定型碳的物相比例有关.     

国产T800碳纤维用氰酸酯树脂开发及其复合材料性能

基于飞行器减重对耐高温结构复合材料的应用背景,为了拓展国产T800碳纤维增强氰酸酯复合材料体系的应用,通过对国产T800碳纤维表面上浆剂的分析,开展适于国产T800碳纤维的氰酸酯树脂基体配方设计,研究国产T800碳纤维/氰酸酯复合材料的力学性能和耐热性能,分析树脂基体对复合材料界面性能的影响。结果表明:国产T800碳纤维表面上浆剂中含有环氧基团。配方优化后的氰酸酯树脂与国产T800碳纤维复合后,复合材料的室温-湿态力学性能保持率大于74.8%,200℃力学性能保持率大于57%,玻璃化转变温度为226℃,具有优异的热机械性能和界面性能。     

水热法在碳纤维表面生长ZnO纳米线及性能研究

采用水热法在碳纤维表面生长ZnO纳米线,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和SmileView软件对ZnO纳米线进行分析。XPS结果确认碳纤维表面纳米线为ZnO纳米线,SEM图片说明T700碳纤维表面ZnO纳米线取向度高于T300碳纤维表面ZnO纳米线,关于生长时间的分析表明最优值为4h。此外,通过附着生长在碳纤维表面制备了改性的ZnO纳米线,XPS测试结果表明ZnO纳米线表面涂层为CoO。     

常州一新材料项目获国家8000万扶持

正据消息称,由常州中简科技发展有限公司牵头的一个新材料项目,被国家发改委、财政部和工信部列为2013年国家新材料研发及产业化专项项目,并将获得8000万元资金扶持,创该市申请国家高技术专项资金新高。据介绍,该项目名为T700/T800碳纤维及其复合材料研发、产业化及在航空领域的示范应用项目。其中T700级碳纤维已正式纳入我国空军型号管理,是目前航空航天领域唯一的国产供货方,T800碳纤维各项数值也已达到国际顶尖水平。     

碳纤维丝束起毛量测试方法

为定量测试碳纤维丝束的断丝起毛程度,建立了碳纤维丝束起毛量测试方法,并搭建了测试装置。采用所建立的方法对2种国产T800级碳纤维进行起毛量测试,研究了丝束展宽、张力、毛丝吸附材料等测试条件对测试结果的影响。采用优化的测试条件,测试了几种进口、国产T700级、T800级碳纤维丝束的起毛量。实验表明,所建方法操作简单,适用性较广。对于12K的T800级碳纤维,当纤维张力为1~2N,海绵孔隙大小在0.1~0.6mm,且受到的载荷大小为1~4N时,测试结果比较理想。对于起毛量较高的碳纤维,需保证一定的纤维展宽使丝束内部的毛丝暴露,从而保证测试结果的准确性。     

上浆剂对国产T800级碳纤维增强热固性复合材料界面性能的影响

碳纤维具有力学性能优、密度低、耐腐蚀、耐高温等一系列优异性能,近年来被广泛应用于航空、航天等重要领域。相较于国外的高强中模碳纤维,国内虽有T800级碳纤维与之对应,但是国内对高性能碳纤维的研究工作起步晚,研究尚不充分。上浆剂作为碳纤维表面的重要组成部分,对碳纤维的表面性能有着重要的影响,进而影响复合材料的界面性能。本文采用SEM、TGA、XPS等表征手段,研究分析了上浆剂对国产T800级碳纤维的影响,对碳纤维的表面物化特性及其不同先进树脂基复合材料的微观界面性能进行研究,为国产高性能碳纤维的产品发展提供借鉴意义。     

弱电流对碳纤维/环氧树脂界面黏结性能的影响

针对碳纤维/环氧树脂体系,设计了在碳纤维单丝复合体系加载弱电流的方法,并通过单丝断裂实验,研究了弱电流对两种碳纤维/环氧树脂界面黏结性能的影响。结果表明:在0.60~0.67mA直流电加载一定时间后,T300B和T700SC碳纤维体系的界面黏结强度均下降,界面载荷传递效率降低,随着电流加载时间的延长,降低程度变化不明显;T300B碳纤维体系界面性能对弱电流的敏感性更高,可能与两种碳纤维的表面特性不同有关;通过对不同固化度试样加载弱电流后的界面性能进行分析,认为碳纤维/环氧树脂界面性能受弱电流影响的机理与界面区应力状态改变以及导电产生的焦耳热效应有关。     

T700级碳纤维的树脂浸润性比较分析

采用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和动态接触角等方法对比解析了TZ700S、SYT49、HF30S、ZT7H和T700S这5个牌号的T700级碳纤维的表截面理化结构及其对碳纤维的环氧树脂浸润性的影响.结果 表明:5种碳纤维的截面形貌均为近圆形,仅ZT7H的表面具有沟槽结构、其余4种均为光洁表面;表面O/C值的大小排序...