摘要：炭纤维具有优异的力学、热学、电学以及耐化学腐蚀性能,是一种先进的增强体材料,广泛应用于航空航天、机械、电子、能源等领域,成为了一种代表国家科技和应用水平战略性材料。因此,随着国内先进炭纤维生产技术的提升,利用国产纤维替代进口纤维,确保我国在国防军工领域以及相关民用产业的健康发展,已逐渐成为可能。本文对比研究了三种国产炭纤维与国外同级别纤维。掌握国产炭纤维与进口纤维结构与性能的差异。分别采用硝酸、混酸和空气氧化对两款国产纤维和进口纤维进行改性处理,探讨了炭纤维在不同条件处理后的表面成分和微观结构的演变规律。主要结论如下：1、国产炭纤维表面沟槽结构尺度较大,尤其是ST300纤维会遗传一条较深的沟槽,拉伸强度只有2.7GPa,且CV值高达7.5%,性能稳定性较差；国产CCF300纤维的力学性能达到3.31GPa,基本达到日本T300的水平,但纤维的均匀性依然有不足；而国产CCF700纤维与进口T700纤维在性能及稳定性方面都存在较大的差距。2、国产炭纤维的晶面间距、叠层厚度和微晶尺寸均小于同等级T300和T700纤维的。ST300炭纤维的R值达到2.83,说明其表面的有序度最差,而T700的有序度最好。另外,T300和T700的无定型碳或者某些有机官能团的含量比国产纤维要高,表明进口纤维的表面活性更高。3、未氧化处理的炭纤维表面已经存在大量含氧基团。进口纤维表面的C-OR.C=O基团含量较高,国产纤维表面的COOR含量较高。4、CCF700炭纤维在80℃硝酸氧化处理时,随氧化时间的延长,炭纤维的拉伸强度先下降,后上升,继续氧化,性能显著下降。其中,经80℃,60min和100℃,90min处理后,炭纤维的拉伸强度比未氧化处理时都有略微提高。混酸处理20min内,拉升强度变化不大,模量显著下降。5、当国产CCF700炭纤维硝酸氧化时间一定时,随氧化温度升高,纤维整体和表面的氧含量都增加,整体的含量明显低于表面,但增幅高于表面；当经80℃处理后,随氧化时间的延长,整体氧含量增加,但表面氧含量略有下降,氮含量变化有波动。混酸处理后,氧含量显著增加,氮含量变化不明显。在炭纤维液相氧化处理时,不仅会引入新的基团,还会发生低活性基团向更高活性基团转变的过程。硝酸氧化后,纤维表面无序度降低,混酸处理后,增加。6、对CCF300炭纤维氧化处理后,随氧化温度升高,比表面积增加；孔总体积和中孔体积先下降后上升,微孔体积增幅超过70%；总平均孔径先下降后增加。随氧化时间延长,纤维比表面积先增加,120min后下降到0.980m2/g；中孔、微孔以及总的孔体积都先上升后下降；平均孔径从7.145nm降为3.511nm。空气氧化处理后,纤维比表面积增加27倍以上,总孔体积增加7倍以上,平均孔径减小到2.189nm,中孔和微孔孔体积增加,微孔平均孔径减小。7、纤维经硝酸和空气氧化处理后,氧含量都增加,纤维活性增大。但空气氧化处理对增强纤维表面活性的效果不如硝酸氧化处理。且空气氧化处理主要增加C-OR和C=O结构,COOR含量减少。图40幅,表16个,参考文献80篇