高强高模型碳纤维与高模型碳纤维微观结构分析

利用拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、元素分析(EA)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和小角X射线散射(SAXS)表征和分析了高强高模型碳纤维和高模型碳纤维的微观结构和化学组成.结果表明,高强高模型碳纤维的石墨微晶晶粒尺寸细小,组成微晶的石墨片层间距较大,片层间和片层边缘保留了非共轭碳构成的晶体缺陷,石墨化程度较低,微晶间缝隙较小,分布均匀,路径曲折;高模型碳纤维具有更加完善的石墨微晶结构,石墨化程度较高,微晶尺寸更大,组成微晶的石墨层堆砌整齐有序,非碳元素较少,共轭态碳明显增多,但其微晶间裂纹和孔隙结构也较大.高强高模型碳纤维因具有多层次的微观结构和缺陷,相比高模型碳纤维,有更多的应力扩散和能量存储及耗散路径,是其拉伸应变和强度保持的关键所在.

QM4055级碳纤维结构与性能分析

采用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力扫描探针显微镜(AFM)、表面动态接触角测量仪表征了国产QM4055级碳纤维和进口高强高模型M55J级碳纤维的微晶结构和表面特性,并对两种纤维与环氧树脂的微观界面及复合材料力学性能进行了研究。结果发现:与高强高模型M55J级碳纤维相比,QM4055级碳纤维的石墨片层的层间距d002为0. 342 4 nm,微晶的堆叠厚度为5. 14 nm,石墨化程度R为0. 43,石墨晶体结构更完善,石墨化程度略高;QM4055级碳纤维的表面粗糙度值Ra为89 nm,略低且均一性略好,截面形状圆形度略高;QM4055级碳纤维表面主要含C、O、N三种元素,且表面O/C比和N/C比分别为0. 078和0. 01,表面自由能为43. 27 mN/m,极性分量为19. 56 mN/m,界面剪切强度(IFSS)分别是50. 2 MPa,表面活性略高。与M55J级碳纤维/AC531树脂复合材料相比,QM4055级碳纤维/AC531树脂复合材料的拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和层间剪切强度分别提高了31%、34%、16%和19%,分别达到2 526 MPa、1 054 MPa、1 507 MPa和85. 0 MPa。