PAN基碳纤维的微观结构与力学性能相关性分析

井敏¹，谭婷婷²，王成国²，冯志海³，杨云华³

1. 山东建筑大学材料科学与工程学院2. 山东大学山东省碳纤维工程技术研究中心3. 航天材料及工艺研究所

摘 要：采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、小角X射线散射仪对三种聚丙烯腈(PAN)基碳纤维T300,T700S,和T800H的结构进行表征,获得几种微观结构信息,包括表面沟槽形貌和拉断断口形貌反映出的前驱体原丝的原纤结构、石墨微晶尺寸及取向程度、微孔尺寸等。结果表明,碳纤维的力学性能不是由某一种微观结构决定的,而是所有微观结构特征的综合表现。T300是三种碳纤维中力学性能最低的,它的这几种微观结构特征参数都较差;T700S比T300的直径略小,但因结构更致密,缺陷更少,所以拉伸强度、断裂伸长率和密度远远高于T300;虽然T800H的原纤结构不如T700S均匀致密,但在单丝直径、剪断断口形貌、石墨微晶取向度和微孔尺寸上优于T700S,因此拉伸强度、拉伸模量和密度更高;但其石墨微晶轴向尺寸较大,造成塑性下降,因此断裂伸长率略小于T700S。

关键词：碳纤维;微观结构;力学性能;