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作为重要的先进航空航天结构材料,碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的性能取决于增强碳纤维与树脂基体的性能以及两者之间的界面结合状况。因此对高性能碳纤维及其与树脂的界面强度进行研究具有非常重要的意义。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)对三种不同模量的聚丙烯晴基(PAN)碳纤维表面进行研究发现:高模碳纤维表面较为粗糙,存在大量的沟槽;断面呈不规则的“腰果”状。XRD和Raman对其微观组织结构进行了分析,结果表明碳纤维模量的提高主要得益于其石墨化程度的提高。碳纤维石墨微晶晶面间距及石墨层叠层厚度的增大,以及石墨结构有序化程度的提高,都有利于碳纤维模量的提高。利用动态接触角法测量了碳纤维与水、二碘甲烷和TDE-85树脂的接触角,结果显示不同模量的碳纤维与不同极性液体的接触角表现出完全相反的趋势。表面能计算结果表明,虽然三种不同模量的碳纤维表面能相似,但它们的表面能分量却相差甚远。碳纤维模量越高,与水的接触角越大,极性分量越小;碳纤维模量越高,与二碘甲烷的接触角越小,色散分量越大。综合接触角和表面能的结果认为高模碳纤维表面属于非极性表面,不利于与极性树脂浸润,改善其与树脂的浸润应该从提高其表面能色散分量入手。运用XPS分析手段对碳纤维原丝和脱浆后的本体表面以及纤维/树脂界面的化学成分及官能团分布进行了表征。表征结果显示碳元素及官能团含量随着增强碳纤维模量的增大而增加,形成界面以后,官能团含量大幅提高,在50%以上,并检测出了氮元素及高氧化态的官能团,表明碳纤维与树脂在界面处产生了化学交联。采用微脱粘法测量了碳纤维/树脂的界面剪切强度,采用两种不同的方法对实验数据进行了处理,两种方法得到的界面剪切强度结果相差小于5%。测试结果表明高模碳纤维与TDE-85树脂形成了较强的界面强度,M55JB/TDE-85界面剪切强度为59.81MPa,界面强度随着增强纤维模量的增大而减小。去除上浆剂前后碳纤维与树脂间的界面强度的变化结果说明机械啮合作用是界面强度的重要来源,提高碳纤维表面粗糙度是提高界面强度非常有效的途径。