500-1350℃碳化纤维的结构缺陷和力学性能

林雪^1,2，王成国²，于美杰²，崔晓晨²，林治涛²

1. 山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室2. 山东大学山东省碳纤维工程技术研究中心

摘 要：采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）以及力学性能测试等方法对500-1350℃碳化纤维进行表征,研究了碳化温度对纤维结构缺陷和力学性能的影响。结果表明:在500-900℃低温阶段其强度和模量都随着碳化温度的升高呈增加趋势,但二者的增长速率在700℃前后是不同的。应力-应变曲线表明,低于700℃出现应力急剧下降的"之"字形拐点,没有明显屈服;700℃之后先出现屈服,后产生拐点。在1350℃高温阶段,纤维的断裂呈现出典型的脆性材料特征。在500-1350℃,碳化纤维的断裂主要取决于其表面缺陷。700℃和1350℃两种纤维表面都存在沿纤维轴方向的细长裂纹,700℃碳化纤维中的细长裂纹直径约为2 nm,长度从几十纳米到几百纳米,1350℃碳化纤维中的细长裂纹直径约为1 nm,长度在50-190 nm。这些细小的裂纹,可能是导致纤维断裂的主要原因。

关键词：有机高分子材料;碳化纤维;缺陷;力学性能;聚丙烯腈;