高性能碳纤维开发现状及其研制技术

本文主要论述聚丙烯腈系高性能碳纤维的开发现状及其研制技术。     

碳纤维的表面处理与复合材料的层间剪切强度

碳纤维增强塑料（ＣＦＲＰ）是碳纤维在当前应用的主要形式之一。实用要求ＣＦＲＰ层间剪切强度（ＩＬＳＳ）的下限值为７ＳＭＰａ，未经表面处理的碳纤维的ＩＬＳＳ仅在５０～６０ＭＰａ之间，经表面处理后，可提高到８０ＭＰａ以上，充分满足使用要求。除此之外，ＩＬＳＳ还与纤维含量、孔隙率和基体树脂性能等有关。     

缺陷对碳纤维强度的影响

碳纤维属于脆性材料,用扫描电子显微镜(SEM)可以直接观察到它的表面和内部缺陷。这些缺陷不仅是控制强度的主要因素,而且也是强度分散性大的原因所在。实验表明,碳纤维的直径愈小,强度愈高:测试长度愈短,强度愈高;密度愈大,强度愈高。反之亦然。本文用国产碳纤维实验证明,用Weibull参数m值可以表征碳纤维的性能。具有高m值的碳纤维,脆性减小,柔性增加。     

用Weibull模数表征碳纤维的力学性能

碳纤维属于脆性材料,随机分布的缺陷控制其抗拉强度。用Weibull最弱连接理论及经验方程式可阐明和计算抗拉强度与CV值以及与直径的关系。本文提出用拉格朗日乘子多元回归计算的双参数双模态韦氏模型方法,并用直接拟合法计算三参数双模态韦氏模型,得到了很好的结果。