γ射線輻照下碳纖維沿徑向不同微區(qū)結(jié)構(gòu)演化及其表面特性與力學(xué)性能研究.pdf

1、碳纖維以其高強(qiáng)度高模量等優(yōu)異的力學(xué)性能在復(fù)合材料中應(yīng)用廣泛。但是，其力學(xué)性能仍有巨大的提升空間。同時(shí)碳纖維表面惰性強(qiáng)，與復(fù)合材料基體的界面粘接性差，嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的界面性能，限制了碳纖維的廣泛應(yīng)用。γ射線輻照作為一種高效、環(huán)保和低成本的改性技術(shù)，既可以增強(qiáng)碳纖維本體的力學(xué)性能又可以提高纖維的表面粘結(jié)性能，受到人們的高度關(guān)注。然而，γ輻照下碳纖維表面特性以及力學(xué)性能的演化機(jī)制仍不清楚。本文通過構(gòu)建外表面、次表層和芯部的分區(qū)結(jié)構(gòu)模型探討

2、了γ射線輻照下高強(qiáng)T1000和通用型T700碳纖維沿徑向不同微區(qū)結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律，同時(shí)結(jié)合應(yīng)力分析和機(jī)械模型定量地探討了γ輻照下T700碳纖維外表面、次表層以及芯部的不同微區(qū)結(jié)構(gòu)演化與其表面特性和力學(xué)性能之間的關(guān)系。
　　T1000碳纖維在氬氣、空氣和環(huán)氧氯丙烷中輻照處理后拉伸強(qiáng)度以及楊氏模量均有所提高。拉伸強(qiáng)度分別提高了14.7％、14.4％和12.4％，楊氏模量提高了16.4％、15.6％和13.4％。采用X射線光電子能譜(XP

3、S)和表面能測(cè)試對(duì)T1000碳纖維外表面進(jìn)行研究。結(jié)果表明，在環(huán)氧氯丙烷中輻照后纖維表面的O/C值從0.1056提高到0.2728，提高了158.3％，羧基和羰基官能團(tuán)明顯增加，表面能提高了48.3％。X射線衍射(XRD)測(cè)試則發(fā)現(xiàn)，不同輻照介質(zhì)處理的T1000碳纖維內(nèi)部整體的石墨片層間距d002減少，纖維的平均石墨化程度提高。通過截面Raman測(cè)試發(fā)現(xiàn)，輻照后T1000碳纖維次表層ID/IG值變化比芯部更為明顯。T700碳纖維在氬氣和

4、環(huán)氧氯丙烷中輻照處理后外表面、次表層和芯部的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能演化與T1000碳纖維類似。同時(shí)，在環(huán)氧氯丙烷中輻照處理后的T700碳纖維復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度(IFSS)提高了75.03％。通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察纖維在環(huán)氧氯丙烷中輻照后的外表面溝槽更加清晰。
　　為研究γ輻照下T700碳纖維不同微區(qū)結(jié)構(gòu)與其表面特性及力學(xué)性能之間的關(guān)系，采用X射線光電子能譜結(jié)合原位的氬離子濺射、截面Raman、應(yīng)力分析和機(jī)械模型進(jìn)行分析。結(jié)果表