● 摘要
碳纤维复合材料在航空航天、工业建筑等领域中的应用越来越广泛。复合材料界面是增强体与基体之间的过渡区域，起着传递应力的作用。复合材料界面性能的好坏，影响复合材料的综合性能，而碳纤维的表面特性及润湿性能将直接影响复合材料的界面性能。因此，研究碳纤维的表面物理结构和化学特性及对复合材料微观和宏观界面的影响具有重要的意义。本文针对国产300/700/800级别碳纤维，系统研究了碳纤维表面特性及复合材料界面性能，并与东丽碳纤维进行比较，以揭示国产碳纤维与东丽碳纤维的差距，对国产碳纤维的产业化发展及应用提出改进建议。
采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线光电子能谱法对国产和东丽300/700/800级别碳纤维的表面特性进行研究，表征了碳纤维表面形貌、粗糙度、表面元素和活性官能团等信息。研究发现，国产300/700/800级碳纤维表面均有轴向沟槽，东丽300/800级碳纤维有表面沟槽，700级碳纤维表面光滑，国产各级别碳纤维表面活性均低于东丽碳纤维，特别对于国产C800碳纤维，其表面氧碳比及活性官能团比例均远低于其他碳纤维，说明其表面活性较差。
研究了动态接触角测试结果的影响因素，确定了浸润深度、浸润速率和纤维根数等测试条件。利用动态接触角法测试了各级别碳纤维与不同树脂体系的接触角，结果显示表面张力小、粘度小的树脂体系易润湿纤维，表面活性高、粗糙度大的碳纤维润湿性好。东丽碳纤维润湿性好于国产碳纤维。
采用微脱粘法测试了不同碳纤维/树脂复合材料的界面剪切强度。结果表明碳纤维表面活性高、粗糙度大有利于形成良好界面，东丽碳纤维复合材料界面性能普遍要好于国产碳纤维。良好润湿性是形成较强界面的前提，润湿性差的体系形成的复合材料界面剪切强度普遍较低。
采用层间剪切测试表征了东丽和国产800级碳纤维复合材料单向板的宏观界面性能及耐湿热性能。结果显示，东丽T800碳纤维复合材料层间剪切性能优于国产C800碳纤维，两者耐湿热性能相当。