不同纺丝工艺国产高强中模碳纤维及其复合材料性能对比

目的 进一步探究国产不同纺丝工艺高强中模碳纤维及其复合材料的相关性能,并验证干喷湿纺工艺碳纤维的表面状态及其复合材料性能.方法 针对干喷湿纺的GW800G和湿喷湿纺的CCF800H两种碳纤维及其复合材料,采用场发射环境扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和动态接触角测量仪表征其表面形貌、表面化学特性以及表面能,对两种碳纤维的微观表面性能以及微观结构进行对比分析,并与相同的高温环氧树脂复合,通过热压罐成型技术制成层合板,进一步表征两种复合材料的力学性能,并观察了复合材料90°拉伸和90°弯曲破坏试样断面形貌.结果 GW800G碳纤维表面形貌较光滑,CCF800H碳纤维表面粗糙度较大且凹槽明显.GW800G碳纤维和CCF800H碳纤维表面化学活性较高和表面能均较高,表面活性碳原子比例分别达到了34.11％和33.24％,表面能分别达到了36.92 mJ/m2和40.08 mJ/m2,二者水平差距较小.同时两种碳纤维的微晶结构相似,GW800G碳纤维具有更高的石墨化程度.这些特点均与其复合材料所表现的性能一致,GW800G/BA9918E复合材料具有更高的0°拉伸强度,而其他界面相关的强度和耐湿热能力均达到CCF800H/BA9918E复合材料的水平.两种复合材料的90°拉伸和90°弯曲破坏试样断面形貌也反映出两种碳纤维均与树脂基体有良好的结合能力.结论 国产表面改良型干喷湿纺碳纤维及其复合材料在保证高强度的同时,碳纤维表面性能和复合材料的界面性能达到了湿喷湿纺碳纤维的水平.