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日本人坦言，其碳纤维的优势维持不了多久中复神鹰、江苏航
科、光威
日本人坦言，其碳纤维的优势维持不了多久。
中复神鹰、江苏航科、光威复材等一批代表性企业逐渐在国际市场崭露头角。
中复神鹰的成功来自对技术的投入，中复神鹰自主研制了PAN纤维快速均质预氧化、碳化集成技术，成为继东丽和赫氏之后，世界第三个攻克干喷湿纺工艺难题的企业。
2019年10月，“T1000级超高强度碳纤维百吨级工程化关键技术”项目顺利通过国家级鉴定。
中复神鹰主打 T700 级以上产品，是国内唯一千吨级 T700 供应商。
中复神鹰目前有连云港和西宁两个制造基地。
连云港基地具有3500 吨产能，西宁一期项目10000吨小丝束预计2022年投产；二期1.4 万吨项目预计 2023 年底投产。
届时总产能将达到 2.85 万吨，是原有产能的8倍。
预计2025 年国内T700/T800 级碳纤维的总需求达到3.2 万吨，届时公司产能将打满。
我们接下来可以关注的是，中复神鹰的连云港T1100试验线项目，以及在上海为大飞机配套的高模预浸料生产线。
C919 交付临近，T800 级高强碳纤维复合材料是在国内民机型号中首次使用。
学活性极低，基本不与酸碱盐等发生化学反应，维护成本低，这就使其在一些特殊环境中有着很好的市场应用，比如深海油田、高铁耐磨损，抗冲击性能好。
碳纤维复合材料生产的产品耐摩擦系数小，这导致其产品具有很高的耐磨损性能，大大的提升了产品的整个的寿命，可用于连接件、传动轴、辊轴等产品制作。
优秀的抗冲击性能能吸收更多的冲击能，从而起到很好的保护作用，安全性耐疲劳性能好。
碳纤维复合材料在外力的作用下，可以将外力均匀地分布到每根丝束上，拥有非常好的耐疲劳性能，产品蠕变性小，适合用于高精密设备，可用于机械臂和空间望远镜镜筒的制作，并且碳纤维复合材料仍膨胀系数小，在太空极限的温差环境中也能射线透过率大可使碳纤维复合材料加工成放射医疗床板，使人体成像更清晰，并且减少放射剂量对人体的伤害。
电磁屏蔽能够保证装备的隐蔽性，这一点在军工产品中也被广泛应用，比如隐形飞机、军用运输箱、方舱等。
碳纤维复合材料主要应用在风电叶片（主梁、纤维增强树脂基复合材料产业正处于从国产取代向做大做强的关键期，碳纤维全产业链在全面发力。
在巨大的市场需求牵引下，碳纤维增强树脂基复合材料产业的发展将有广阔发展空间。
碳纤维材料具备高性能、高技术壁垒两个显著特点，是目前潜力巨大、最受关注的高性能材料。
海油田、高铁产品耐摩擦系提升了产品的作。
优秀的抗作用，安全性，可以将外力，产品蠕变性镜筒的制作，差环境中也能率大可使碳纤期，碳纤维全产业链在全面发力。
在巨大的市场需求牵引下碳纤维高性能壁垒两鹰游集团紧紧把握住国产碳纤维及复合材料快速发展的新历史机遇期，“让世界感受碳纤维力量”。
对于全力研发复合材料，鹰游集团有着无与伦比的原料端优势。
现了单线年产3000吨高性能碳纤维的产线设计和高端成套技术的自主可控。
目前，公司又在碳纤维生产规模化、低成本化、智能化及环保化上进一步发力，争取尽快突破第四代碳纤维制造技术。
“央视17秒，奋斗17年”，行业内这句戏称可谓道尽了鹰游集团在碳纤维国产化道路上的无尽艰辛。
碳纤维t800生产工艺碳纤维是一种高性能材料，具有轻质、高强度和耐腐蚀等特点。
T800是一种高强度碳纤维，广泛应用于航空航天、汽车和体育器材等领域。
下面将介绍碳纤维T800的生产工艺。
碳纤维T800的生产工艺分为纺丝、预浸料制备、预浸料加工和制品加工四个主要步骤。
首先是纺丝过程。
纺丝是将聚丙烯腈（PAN）纤维原料通过高温烧结、空气氧化等处理，使其形成碳纤维前体纤维束。
这个过程中，原料需经过拉伸、开卷、洗涤、浸泡等多个步骤进行准备。
然后，纤维束进入纺丝机中进行纺丝。
纺丝机通过旋转的金属板孔，将纤维束按照一定密度排列，并逐渐拉伸，形成纤维。
最后，纤维通过辊子压实，形成纤维带。
接下来是预浸料制备。
预浸料是将纺丝得到的纤维通过浸渍液浸泡，使其充分吸收树脂，形成预浸料。
预浸料的制备包括预处理、树脂浸渍和挤出等步骤。
在预处理过程中，纤维带需经过除尘、脱油、除杂等处理，以使其表面清洁。
然后，纤维带通过浸渍槽，浸泡在树脂溶液中。
浸渍后，纤维带进入挤出机，通过机械力和热力，将多余树脂挤出，形成预浸料。
再然后是预浸料加工。
预浸料加工主要包括模压和热固化两个步骤。
预浸料进入模压机后，通过高温和高压的条件下，使树脂固化。
在前期压制时，树脂在高温下变得粘稠，使纤维与树脂紧密结合；在后期压制时，树脂会固化成为坚实的纤维复合材料。
预浸料经过模压后，形成具有形状的半制品。
最后是制品加工。
制品加工是将半制品根据产品要求进一步成型。
这一步骤通常包括高温热压和模具成型两个主要工艺。
高温热压是将半制品放入热压机中，在高温和高压的条件下，使树脂再次熔融，使纤维带、纤维布等进一步塑形固化成型。
而模具成型则是将半制品放入具有特定形状的模具中进行成型，得到最终的碳纤维T800制品。
总结起来，碳纤维T800的生产工艺分为纺丝、预浸料制备、预浸料加工和制品加工四个步骤。
通过这些工艺的不断发展和改进，碳纤维T800的生产工艺已越来越成熟，产品质量和工艺水平得到了大幅提升，使得碳纤维T800在各个领域都得到了广泛应用。
中复神鹰：国产碳纤维材料前三，行业高景气度需警惕降价风险独立客观第三方研究，为您筛选优质上市公司证券代码：688295 综合评级：AA一、主营业务评分：801、业务分析：公司主营业务以碳纤维材料为核心，下游主要应用包括碳碳材料（大客户金博股份，下游应用于光伏热场），其次是休闲体育（高尔夫球杆、球拍、钓鱼竿等）、风电叶片，也包括压力容器（如储氢罐）、航空航天（飞机结构件）、轨道交通等领域。
碳纤维根据大小丝束可以分为T300级、T700级、T800级、T1000级，以及M30级、M35级、M40级两大系列，公司已经掌握M40级、T1000级百吨级技术，其他系列掌握了千吨级量产技术。
2018年-21年20上半年，公司碳纤维价格分别为110.86元/公斤、120.12元/公斤、140.25元/公斤、187.38元/公斤，涨幅分别为8.35%、16.76%、33.6%，整体处于涨价通道，上游核心原材料是丙烯腈，属于石油衍生物，价格也与原油挂钩，公司产品整体处于供不应求状态，销售人员数量很少、几乎没有应收账款。
公司21年20产能约为5500吨，2022年产能将提升至1.55万吨，产能翻两番，公司2022年业绩也大概率爆发式增长，下游高端碳纤维需求非常旺盛，未来几年公司的业绩取决于产能的扩张。
近几年公司与潜在大客户中国商飞密切合作，在碳纤维航空应用研发及制造项目上投入了较多的研发，一旦商飞市场需求确定、公司产品研发成果，业绩增长趋势则更加确定。
2、行业竞争格局：目前全球碳纤维产能利用率不到七成，主要是高端供不应求，低端需求不足。
行业整体集中度较高，主要厂家聚集在中、美、日三个国家，全球CR5高达62%，核心是玩家少，而掌握高级别碳纤维量产技术的公司更少，全球龙头是日本东丽，在大小丝束领域均处于领先地位。
国内厂商中吉林碳谷+宝旌+中复神鹰的运行产能均为0.85万吨，CR5高达81.3%。
目前国内碳纤维行业整体达到T400的技术能力，部分企业实现了T700碳纤维规模化生产，T1000实现百吨级生产，但龙头企业和国际巨头在产能和技术方面仍存在不小的差距。
张国良：一个企业家的家国梦、江山情、赤子心■ 本刊记者_郭春花如果说任正非将华为带到了全球通讯技术产业强者之列、曹德旺将福耀玻璃推上全球制造业王座堪称伟大，那么在国际长期严密封锁情况下，从零起步解决了国产碳纤维“卡脖子”技术难题的张国良，同样值得赞赏。
提起连云港鹰游纺机集团有限公司党委书记、董事长，中复神鹰碳纤维股份有限公司董事长张国良，人们了解更多的是他如何将国产碳纤维推上世界舞台的事迹以及收获的无数荣誉：国家科技进步一等奖、全国优秀科技工作者、全国杰出工程师奖……然而，在张国良身上，还有很多传奇色彩：恢复高考后的第一届大学生、临危受命接手濒临倒闭企业、顺利安置1800多名下岗职工、捐资捐物近亿元扶贫济困……4月的一天，《纺织服装周刊》记者来到位于北京北苑路的中复神鹰碳纤维股份有限公司北京办事处，见到了这位传奇人物。
约定9点采访，8点半记者到达时，张国良已经在那里等候了。
他身着夹克衫，深蓝色的主体色调显得格外沉稳，而边缘处点缀的暗红色线条则为整件夹克增添了一抹活力。
阳光洒在他的脸上，映照出他眼神中深藏的智慧和岁月的沉淀，让人心生敬意。
“只要能学技术就行！”1956年，张国良出生在江西九江庐山脚下一个绿水环抱的小村庄。
小时候，他就像一个永不知疲倦的探险家，对周围的一切都充满了浓厚兴趣。
在村里看到柴油机就走不动了，在旁边盯着研究，问题一个接着一个地抛向老司机。
那个时候，他就知道柴油机有四冲程，是柴油的燃烧推动了曲轴的旋转。
这种对知识的渴望和追求一直伴随着他的成长，研究技术也成为他最大的爱好。
上高中的时候，张国良喜欢下象棋，天天背棋谱，后来居然能下盲棋。
高中毕业后，在乡里当通信员，工作之余，他学会了修装无线电收音机和电视机。
“我能把当时的上百种晶体管、电子管收音机、扩大机的线路图记得滚瓜烂熟，随手就能画出来，后来收看毛主席追悼会的转播，就是用我自己装的小九吋电视机。
”当时，张国良还发明了电话会议机，拿到了企业改制了，我们都成了股东，但千万别把企业看成是自己的。
T800 纤维是一种高性能的碳纤维，其主要成分为碳原子。
T800 纤维具有高强度、高模量和优异的耐热性能。
其具体的化学成分如下：
1. 碳原子：T800 纤维的主要成分是碳原子，其含量在90% 以上。
碳原子通过共价键形成高度取向的晶体结构，赋予了纤维优异的力学性能。
2. 杂原子：T800 纤维中还包含少量的其他原子，如氢、氧、氮等。
这些杂原子在一定程度上影响了纤维的性能，如氢原子可以提高纤维的柔软性。
3. 化学交联剂：为了提高纤维的稳定性和耐热性能，T800 纤维在生产过程中使用了化学交联剂。
这些交联剂可以使纤维在高温环境下保持稳定的结构。
4. 树脂基体：T800 纤维通常被制成复合材料的形式，与树脂基体相结合。
树脂基体可以提高纤维的力学性能和耐磨性。
5. 添加剂：根据不同的应用需求，T800 纤维的生产过程中可能还会添加一些其他添加剂，如抗氧剂、润滑剂等。
这些添加剂可以改善纤维的加工性能和环境稳定性。
Ｎｅｗｓ信息资讯Ｈｉ－ＴｅｃｈＦｉｂｅｒａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ２０２１年第１期高科技纤维与应用光威复材荣获山东省科技进步一等奖近日ꎬ山东省人民政府公布«关于２０２０年度山东省科学技术奖励的决定»ꎬ由威海光威复合材料股份有限公司联合山东大学㊁威海拓展纤维有限公司等单位申报的 国产碳纤维复合拉挤集成技术开发及能源领域工程应用项目 荣获山东省科学技术进步一等奖ꎮ该项目开拓了我国碳纤维复合材料的应用范围ꎬ突破了国外对碳纤维导线技术封锁ꎬ为国家电网的新型导线推广提供技术支持ꎻ填补了碳纤维抽油杆应用技术的国内空白ꎬ列入中石油重大推广科技项目ꎮ项目成果碳梁产品的生产企业凭借其过硬的产品质量成为了世界风电巨头维斯塔斯的主要供应商ꎬ有力提升了我国碳纤维制品的市场竞争力ꎮ近年来ꎬ光威复材坚持自主创新研发ꎬ以山东省碳纤维技术创新中心㊁碳纤维制备及工程化国家工程实验室㊁国家企业技术中心等科研平台为引擎ꎬ实施碳纤维复合材料全产业链的协同互动发展ꎬ全产业链业务多点开花ꎬ走出了一条高质量发展之路ꎮ(薛德帅)中复神鹰 碳纤维航空应用研发及制造项目落户上海临港新片区１月２０日下午ꎬ上海洋山特殊综合保税区２０２１年重点项目集中签约仪式在上海临港新片区管委会隆重召开ꎬ中复神鹰董事长张国良㊁总经理刘芳㊁副总经理席玉松㊁纪委书记张刚翼等出席签约仪式ꎮ中复神鹰作为中国建材集团新材料板块的重要组成部分ꎬ秉持 材料创造美好世界 的企业使命ꎬ深耕碳纤维行业１５载ꎬ始终坚持技术创新ꎬ积极参与国际竞争ꎬ致力于打造具有全球竞争力的世界一流碳纤维企业ꎮ近年来ꎬ公司着力提升Ｔ７００级和Ｔ８００级碳纤维生产技术和工艺性能ꎬ在碳纤维高端应用领域ꎬ打破了国外企业的市场垄断ꎬ率先成为实现国产化替代的碳纤维企业ꎬＴ７００及以上级别国产碳纤维市场份额连续多年位列前茅ꎮ中复神鹰继２０１９年完成万吨碳纤维规模化布局之后ꎬ继续推动碳纤维在高端新产品㊁新技术和高端应用上的战略布局ꎮ充分利用地域资源优势ꎬ加大产业链延伸ꎬ不断增强与下游客户的关联度ꎮ本次入驻洋山特殊综合保税区的中复神鹰(上海)科技有限公司ꎬ于２０２１年１月６日成立ꎬ注册资本２亿元ꎬ占地面积５０亩ꎬ计划投资５ １５亿元ꎬ专注于航空树脂㊁航空用碳纤维中间制品和成型工艺的研究㊁开发和制造ꎬ助推临港新片区碳纤维及复合材料产业的集聚化㊁高端化㊁链条化配置ꎬ促进国内下游复合材料产业的繁荣发展ꎮ项目投产后ꎬ将进一步增强公司在碳纤维高端应用技术实力㊁完善公司产品结构㊁延伸公司下游产业链ꎬ并为加速国产大飞机原材料国产化进程作出积极的贡献ꎮ(中复神鹰)中国石化上海石化４８Ｋ大丝束碳纤维开工建设总投资达３５亿元的中国石化上海石化 ２ ４５７。
第1期纤维复合材料㊀No.1㊀32024年3月FIBER ㊀COMPOSITES ㊀Mar.2024两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能研究王㊀涵,周洪飞,张㊀路,李是卓(中航复合材料有限责任公司,北京100000)摘㊀要㊀研究了两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能,结果表明,与B 类纤维相比,A 类纤维表面形貌粗糙度高约23%㊁O /C 含量高约7.4%㊁活性C 含量高约20%,微观剪切强度高约10%,A 类纤维增强的复合材料冲击后压缩强度比B 类纤维高约8%㊂A 类纤维与树脂形成更好的化学与物理结合,界面结合作用较好㊂关键词㊀T800级碳纤维;界面;表面活性;力学性能Study on the Interface State of Different Domestic T 800Carbon Fibers and the Mechanical Properties of CompositesWANG Han,ZHOU Hongfei,ZHANG Lu,LI Shizhuo(AVIC Composites Co.,Ltd.,Beijing 100000)ABSTRACT ㊀The interface state and mechanical properties of two kinds of domestic T800carbon fibers were studied.The results showed that compared with class B fibers,the surface roughness of class A fibers was about 23%higher,the O /C content was about 7.4%higher,the active C content was about 20%higher,and the microscopic shear strength was about 10%higher.The compressive strength of Class A fiber reinforced composites after impact is about 8%higher than that of class B fiber.Class A fiber and resin form a better chemical and physical bond,and the interface bond is better.KEYWORDS ㊀T800carbon fiber;interface;surface activity;mechanical properties项目支持:国家重点研发计划资助(2022YFB3709100)通讯作者:周洪飞,男,研究员㊂研究方向为先进树脂基复合材料㊂E -mail:wanghan6583@1㊀引言碳纤维复合材料是由增强体碳纤维和基体树脂复合而成,具有明显优于原组分性能的一类新型材料[1],具有较高的比强度㊁高比模量和优异的耐腐蚀的性能,被广泛的应用于航空㊁船舶㊁航天等领域㊂在碳纤维复合材料里,碳纤维起到增强作用,承接作用力和传递载荷,树脂作为基体通过界面作用将载荷传递到纤维㊂因此当复合材料受到外力作用时,界面起到传递载荷的作用就显得尤为重要,界面的性质和状态直接影响复合材料的综合力学性能[2],是影响复合材料力学性能的关键点,也是近期国内外学者研究的热点之一㊂碳纤维增强树脂基复合材料的界面不是特指增纤维复合材料2024年㊀强体纤维和基体树脂之间的单纯几何层,而是泛指纤维与树脂之间的包括几何层在内的界面层[3]㊂在该结构层内,增强体纤维与基体树脂的微观结构与性质都存在不同程度的差异,这不仅取决于纤维与树脂的结构和性质,还受到复合材料固化工艺㊁成型工艺等其他因素影响,如碳纤维在出厂前会进行上浆处理,上浆剂的浓度㊁厚度及种类都会大大影响纤维与树脂的界面结合㊂目前国内外学者对纤维与树脂的界面结合提出几种理论,如化学键结合理论㊁机械啮合理论㊁树脂浸润理论等[4]㊂经过大量的实验研究,结果表明,纤维与树脂的界面结合不是由某一种理论完全解释的,这是多种作用相互协调㊁共同作用的结果[5]㊂Thomsomn等人[6]通过对比多种纤维与多种树脂的界面结合实验,认为纤维与树脂复合使得纤维表面的分子链活动受到限制,根据界面浸润理论,纤维经过树脂浸润后,纤维选择性吸收树脂组分,而后表面形成一层具有刚性结构的界面层,当纤维增强复合材料经过一定温度㊁压力条件下固化成型后,界面层会变得非常复杂,界面层显得更加尤为重要[7]㊂而化学键理论认为,纤维与树脂结合的过程中,主要是范德华力起主导作用[8]㊂目前对于纤维与树脂的界面表征主要包括纤维微观结构㊁纤维表面活性以及纤维与树脂的界面结合强度㊂纤维微观结构可以通过扫描电镜㊁原子力纤维镜等手段实现,纤维表面活性可以通过IGC直接测得纤维活化能,也可以通过间接方式XPS对纤维表面元素及官能团表征计算,从而间接获得纤维活化能;或者通过接触角实验,纤维与不同极性和非极性溶剂接触,通过接触力衡量纤维表面活性㊂纤维与树脂的界面结合强度主要有微脱粘实验和复合材料层间剪切强度,前者是单丝级别,后者是宏观力学级别,数据可靠度都很高,也是目前国内外大量学者常用的表征纤维与树脂界面的方式㊂本文首先通过观察纤维表面形貌㊁测试纤维表面原子含量和纤维与树脂微观结合力,对比两种国产T800级碳纤维界面状态,并制备了复合材料层合板,目的为国产T800级碳纤维应用及其增强的复合材料界面性能研究提供一定的数据支撑和参考意义㊂2㊀实验材料及方法2.1㊀原材料实验采用两种同级别但不同界面的国产A类碳纤维和B类碳纤维,两种纤维的具体信息如表1所示,实验所用树脂为某国产高性能高温环氧类树脂㊂表1㊀两种纤维基本信息批次拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa断裂伸长率/%线密度/(g/km)体密度/(g/cm3)直径/mm长㊁短径比A6324300 2.10450 1.8 5.10 1.04 B6334297 2.13453 1.8 5.13 1.02㊀㊀2.2㊀试样制备2.2.1㊀碳纤维去上浆剂碳纤维在出厂前会在表面涂刷一层上浆剂,目的减少纤维在后续使用过程中造成的磨损㊁打结和并丝现象发生,提高纤维集束性,增加纤维与树脂的浸润性,保护纤维[9]㊂为了更加直观清晰的观察和研究碳纤维本征性能与碳纤维增强树脂基复合材料界面之间的关系,需要对已经上过浆的碳纤维进行去剂㊂本实验按照国标中索式萃取试验方法对两种不同界面的国产T800级A类碳纤维和B类碳纤维进行去剂处理㊂首先将一定长度的碳纤维放置在温度23ʃ2ħ㊁相对湿度50ʃ10%的标准环境下调湿6h以上,将调湿后的碳纤维放置于索氏提取器中,并加入足量的丙酮以确保回流循环,调节加热炉功率,使索氏提取器2h至少完成8次循环,而后萃取36h,关掉加热炉㊂经过一定时间萃取后的碳纤维从索氏提取器中取出,冷却10min,放置于105ʃ5ħ的鼓风烘箱内干燥5h,最后再放入干燥器中进行冷却,温度降至室温即可㊂2.2.2㊀微脱粘制样制备将单根碳纤维(单丝)从碳纤维试样丝束中分离出来,将其拉直并粘贴在回型支架上,如图1所示,高性能高温环氧类树脂在烘箱内50ħ保温30 min,再与二氯乙烷10ʒ1的比例配制树脂液,并迅速搅拌均匀,将配制好的树脂液常温下在真空烘箱里抽真空20min,取出树脂,用大头针蘸取少量配制好的树脂液,轻涂抹于碳纤维单丝上,将试样放于鼓风烘箱里在130ħ下固化30min㊂4㊀1期两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能研究图1㊀微脱粘试样示意图2.3㊀测试与表征使用Quanta 450FEG 场发射扫描电子显微镜(SEM)两种不用界面的T800级碳纤维表面形貌㊂将一束碳纤维用手术刀平齐切断,分别用导电胶带将平齐切断的碳纤维垂直粘贴在铝制载物台上,对粘在导电胶上的纤维表面喷金,经过两次喷金后放入SEM 内观察,电子加速电压为20~50kV,束流1pA,放大倍数50~8000X㊂采用Dimension ICON 原子力显微镜(AFM)观察碳纤维三维立体形貌,通过探针针尖与样品微弱作用力获取纤维表面粗糙度,扫描面积为5μm ˑ5μm,扫描频率为1.0Hz㊂采用X 射线光电子能谱仪(美国ThermoFisch-er,ESCALAB 250Xi)测试碳纤维表面元素组成及化学官能团,分析室真空度8ˑ10-10Pa,激发源采用Al ka 射线(hv =1486.6eV),工作电压12.5kV,灯丝电流16mA,进行5~10次循环的信号累加㊂通过微脱粘试验测试纤维与树脂的微观剪切性能㊂将带有已经固化好的尺寸均匀且正圆的树脂小球碳纤维固定在微脱粘仪器上,移动卡刀,使其将其中一个树脂小球从左右两侧卡住,移动回形架使得纤维匀速自下而上移动,直至卡刀恰好将树脂小球剥落,此时仪器会记录纤维与树脂小球分离瞬间的最大结合力,如何计算纤维与树脂的微观界面结合强度如公式(1)所示㊂IFSS =F max ΠDL(1)式中,IFSS 为纤维与树脂微观界面剪切强度;F 为树脂与纤维剥离时的最大剪切力;L 为纤维迈入树脂球的长度㊂碳纤维增强树脂基复合材料力学性能在Intron 公司的Instro5967万能力学试验机上进行㊂复合材料冲击后压缩强度按照ASTMD7137开展㊂3㊀结果与讨论3.1㊀碳纤维表面形貌两种不同界面的国产T800纤维去除上浆剂后的表面形貌SEM 如图2所示,由图A (a)和A (b)看出未上浆的A 类碳纤维表面整体光滑,但具有相对明显的沿着轴向排列均匀分布的较浅沟槽,由A (c)可看出,纤维截面致密,形状呈正圆形,具有明显的干喷湿纺纺丝工艺特征,干喷湿纺工艺生产的碳纤维兼具了拉伸强度和机械啮合的优势[10]㊂与A 类纤维相比,B 类纤维表面明显沟槽更浅,根据界面机械啮合理论,纤维表面沟槽的数量越小㊁深度越浅,纤维与树脂的界面结合面积越小,界面结合强度越弱㊂图2㊀两种碳纤维表面形貌图5纤维复合材料2024年㊀㊀㊀为了进一步对比两种碳纤维界面状态,采用AFM 对其观察三维立体形貌,如图3所示,由图3可以看出,A㊁B 类纤维表面存在明显的沿着纤维轴向排列的深浅不一沟槽,但A 类沟槽深度更深,数量更多,对两类碳纤维随机抽取三个试样进行粗糙度测试,数据如表2所示,A 类纤维平均粗糙度要高于B 类纤维约23%,根据界面机械啮合理论,纤维表面积越大,粗糙度越高,纤维与树脂结合越牢固㊂图3㊀两种纤维三维表面形貌图表2㊀两种纤维表面粗糙度序号A B 130524622972513303237平均值/nm302245CV1.382.90㊀㊀3.2㊀碳纤维表面元素及含氧官能团通过XPS 表征测试两种碳纤维表面化学特性,如图4所示,对XPS 图谱分峰处理,纤维表面主要存在C㊁O㊁Si㊁N 四种元素,纤维表面原子含量具体如表3所示,数据显示A 类纤维O /C 含量略高于B 类,约7.4%㊂而经过阳极氧化处理过的碳纤维表面O 含量越高,表面活性越高,纤维与树脂的界面结合越牢固㊂图4㊀两种碳纤维XPS 峰图6㊀1期两种国产T800级碳纤维界面状态及复合材料力学性能研究表3㊀两种碳纤维表面原子含量样品Si2p /%C1s /%N1s /%O1s /%102.02eV 284.49eV 399.48eV 532.23eV Si㊁N 总量/%O /C /%A (a) 3.1373.24 3.6819.95 6.8127.24A (b) 2.3774.31 3.4619.86 5.8326.73A (c) 2.2975.22 3.1719.32 5.4625.68B (a) 3.8174.25 4.117.857.9124.04B (b) 2.4774.96 3.818.76 6.2725.03B (c)2.6975.223.7718.32 6.4624.36㊀㊀利用C1s 电子XPS 窄扫描,并对测试后的C1s 图谱进行分峰处理,分峰图如图5所示,碳纤维含C 官能团具体含量如表4所示,其中C -O㊁C =O 为活性C,C -C 为非活性C,活性C 占比越高,纤维表面活性越高,整体来看,与B 类纤维相比,A 类纤维表面原子中活性C 含量更高,即其表面活性更高,根据界面化学键结合理论,这意味着A 类碳纤维与树脂的界面结合强度较高㊂图5㊀两种碳纤维C1s 分峰图表4㊀C1s 分峰结果样品C -C /%C -O /%C =O /%284.8eV 286.39eV 288.85eV 活性碳比例/%A (a)67.3729.94 2.6948.43A (b)64.3133.46 2.2355.50A (c)67.530.32 2.1848.15B (a)73.3719.467.1736.30B (b)68.6129.36 2.0345.75B (c)69.6128.36 2.0343.66㊀㊀3.3㊀单纤维/树脂微脱粘采用微脱粘法从微观角度测试两种不同界面的T800级碳纤维与树脂的界面结合作用,具体数据如表5所示,数据显示A 类纤维与高性能环氧树脂的界面剪切力高于B 类纤维约10%,即A 类纤维与该树脂界面结合作用更强㊂㊀㊀3.4㊀复合材料宏观力学性能制备A㊁B 类纤维增强复合材料层合板,并按照ASTM D7137(6.67J /mm)进行冲击后压缩强7纤维复合材料2024年㊀度测试,测试结果如表6所示,表中数据显示两类纤维增强树脂基复合材料均具有较高的冲击后压缩强度,但相比与B类纤维,A类纤维增强树脂基复合材料冲击后压缩强度要高于B类约8%,这可能归功于A类纤维与树脂的界面结合牢固所致㊂表5㊀两批次T800级碳纤维与某高温环氧树脂界面剪切强度样品界面剪切强度平均值/MPa CV/%A(a)120.15 5.03A(b)118.358.08A(c)119.357.61B(a)112.04 4.41B(b)110.37 4.48B(c)103.23 5.36表6㊀纤维增强复合材料冲击后压缩强度序号A类纤维复合材料/MPa B类纤维复合材料/MPa 1348313 2330299 3338318 4326311 5335311 6342321平均值337312CV/% 2.38 2.434㊀结语实验选取了两种不同界面的国产T800级碳纤维及复合材料力学性能,通过对其界面状态和复合材料力学研究,结果表明,相同级别的T800级国产碳纤维,A类纤维表面形貌粗糙度高于B类约23%㊁O/C含量高约7.4%㊁活性C含量高约20%,微观剪切强度高约10%㊂A类纤维增强的复合材料冲击后压缩强度比B类纤维高约8%㊂即A 类纤维与树脂形成更好的化学与物理结合,界面结合作用较好㊂参考文献[1]贺福.碳纤维及其应用.北京:化学工业出版社,2004.[2]梁春华.高性能航空发动机先进风扇和压气机叶片综述[J].航空发动机,2006(03):48-52.[3]王运英,孟江燕,陈学斌,白杨.复合材料用碳纤维的表面技术.处理技术,36(3):53-57.[4]陈祥宝,张宝艳,邢丽英.先进树脂基复合材料技术发展及应用现状.中国材料进展,2009,28(6):2-11. 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