瀝青基碳纖維單絲的拉伸特性與纖維結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、碳纖維的機械性能是由其結(jié)構(gòu)決定的。目前，碳纖維的強度和模量遠低于其理論值。特別是瀝青基碳纖維的強度，普遍低于聚丙烯聚丙烯腈基碳纖維。因此，為了了解瀝青基碳纖維強度低的原因，本研究采用掃描電鏡(SEM)對中間相瀝青基碳纖維單絲拉伸測試后的斷面形貌進行了系統(tǒng)的觀察，并考察其與強度的對應(yīng)關(guān)系，以探究中間相瀝青基高性能碳纖維的斷裂形貌與強度的關(guān)系，為了解中間相瀝青基碳纖維的斷裂機理及提高強度性能提供有價值的線索。最后，本研究對脆性碳纖維采用視頻

2、測試模量的方法進行了探索。研究結(jié)果表明：
　　與常見的聚丙烯腈基碳纖維以及陶瓷纖維不同，高性能中間相瀝青基碳纖維拉伸斷面可觀察到清晰的片層結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出一種高度可辨的斷口形貌，主要是由于其具有遠距離晶體和缺陷的內(nèi)在結(jié)構(gòu)。
　　觀察分析中間相瀝青基碳纖維輻射狀結(jié)構(gòu)纖維的斷面形貌主要分為：平整型，臺階型，山峰型，局部破碎型以及碎片型五種。碳纖維強度隨斷裂形貌而變化，其中平整型具有最低的斷裂強度，臺階型稍高于平整型。局部破碎型、山峰

3、型和破碎型的強度都高于全部試樣的平均值，其中碎片型具有最高的平均強度。這其中某些斷面形貌特征，如臺階型和碎片型，在眾多文獻里并沒有描述過。
　　通過研究本實驗室自制中間相瀝青基碳纖維無規(guī)結(jié)構(gòu)的斷面形貌，無規(guī)結(jié)構(gòu)結(jié)果顯示斷面形貌主要有：平整型，山峰型，溝槽型三種。碳纖維強度隨斷裂形貌不同而變化，與中間相瀝青基碳纖維輻射狀結(jié)構(gòu)相似，平整型和山峰型分別具有最低和最高的平均強度。但與中間相瀝青基碳纖維輻射狀結(jié)構(gòu)不同，無規(guī)結(jié)構(gòu)纖維由于沒有進

4、行高溫炭化及上漿工藝處理，其發(fā)現(xiàn)了一種不同的斷裂形貌--溝槽型斷裂形貌。溝槽型斷裂形貌的強度略高于平整型。由于中間相瀝青基碳纖維無規(guī)結(jié)構(gòu)的炭化溫度偏低，無規(guī)結(jié)構(gòu)的斷面形貌中并未發(fā)現(xiàn)類似于輻射狀結(jié)構(gòu)中碎片狀的形貌存在。
　　由研究的兩種結(jié)構(gòu)的中間相瀝青基碳纖維斷面形貌可以看出，低強度的斷口是相對平整的，隨著強度的增加，斷口表面變得粗糙、不平整。
　　通過探索實驗，驗證了視頻模量系統(tǒng)用于測量脆性碳纖維模量的可行性。在保證工業(yè)相機