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(jī)械性能是由其結(jié)構(gòu)決定的。目前，碳纖維的強(qiáng)度和模量遠(yuǎn)低于其理論值。特別是瀝青基碳纖維的強(qiáng)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(qiáng)度低的原因，本研究采用掃描電鏡(SEM)對(duì)中間相瀝青基碳纖維單絲拉伸測(cè)試后的斷面形貌進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察，并考察其與強(qiáng)度的對(duì)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(qiáng)度的關(guān)系，為了解中間相瀝青基碳纖維的斷裂機(jī)理及提高強(qiáng)度性能提供有價(jià)值的線索。最后，本研究對(duì)脆性碳纖維采用視頻

2、測(cè)試模量的方法進(jìn)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(yuǎn)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(tái)階型，山峰型，局部破碎型以及碎片型五種。碳纖維強(qiáng)度隨斷裂形貌而變化，其中平整型具有最低的斷裂強(qiáng)度，臺(tái)階型稍高于平整型。局部破碎型、山峰

3、型和破碎型的強(qiáng)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(qiáng)度。這其中某些斷面形貌特征，如臺(tái)階型和碎片型，在眾多文獻(xiàn)里并沒有描述過。
　　通過研究本實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)

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(qiáng)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(qiáng)度的斷口是相對(duì)平整的，隨著強(qiáng)度的增加，斷口表面變得粗糙、不平整。
　　通過探索實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了視頻模量系統(tǒng)用于測(cè)量脆性碳纖維模量的可行性。在保證工業(yè)相機(jī)