國產T700級碳纖維增強雙馬樹脂基復合材料的力學性能

李國麗， 彭公秋， 王迎芬， 謝富原

(中航復合材料有限責任公司，北京 101300)

國產T700級碳纖維增強雙馬樹脂基復合材料的力學性能

李國麗， 彭公秋， 王迎芬， 謝富原

(中航復合材料有限責任公司，北京 101300)

采用掃描電子顯微鏡(SEM)、反氣相色譜(IGC)和X射線光電子能譜儀(XPS)對國產T700級碳纖維和東麗T700S碳纖維的表面形貌、表面能和表面化學特性進行表征，測試兩種碳纖維增強雙馬樹脂基復合材料的力學性能，考察國產碳纖維復合材料的界面黏結性能、韌性和濕熱性能。結果表明：碳纖維表面特性(表面形貌、表面能和表面化學組成等)對復合材料界面黏結性能具有顯著影響；國產T700級碳纖維/QY9611復合材料在室溫下的界面黏結性能優于T700S/QY9611復合材料；國產T700級碳纖維/QY9611復合材料的韌性優異，沖擊后壓縮強度達到了國外先進復合材料IM7/5250-4的水平；經濕熱處理后的層間剪切強度仍與T700S/QY9611復合材料相當，說明國產T700級碳纖維/QY9611復合材料具備良好的濕熱性能。

碳纖維；雙馬樹脂；復合材料；力學性能

碳纖維增強樹脂基復合材料具有輕質、高強度、高模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設計、工藝性好，容易制造大型結構和整體結構的優點[1-3]，是理想的武器裝備結構材料，已廣泛應用于飛機機體、發動機、導彈、衛星、戰車、火炮、艦艇等武器裝備及民用產品[4-7]。由于碳纖維增強樹脂基復合材料滿足航空裝備高性能化、輕量化要求，作為航空領域的主體材料，其用量已成為衡量航空裝備先進性的重要標志[8]。

近年來，T300級和T700級碳纖維的國產化研究取得了較好的成果，逐步擺脫了對國外的依賴[9-14]。QY9611雙馬樹脂是采用國內獨創的相遷移增韌技術制備的先進熱固性樹脂，在大幅提高復合材料韌性的同時，又保持了材料良好的工藝性和耐濕熱性[15-16]，將國產T700級纖維與QY9611雙馬樹脂復合能滿足航空領域對高性能材料的要求。

本工作對某國產T700級碳纖維T700A與東麗T700S碳纖維進行對比研究，考察兩種碳纖維的形貌特征、表面能和表面化學特性，測試T700A及T700S碳纖維增強QY9611雙馬樹脂復合材料的力學性能，分析T700A碳纖維復合材料的界面黏結性能、韌性及濕熱性能。

1 實驗材料及方法

1.1 材料

國產T700級碳纖維A，記作T700A；日本東麗T700S碳纖維。兩種碳纖維的基本性能見表1。基體樹脂為雙馬樹脂QY9611，中航復合材料有限責任公司制備。

1.2 復合材料制備

采用預浸料熱壓罐成型工藝，室溫下抽真空，升溫至125 ℃保溫1 h，185 ℃保溫1 h，200 ℃保溫5 h，制得碳纖維/QY9611復合材料層合板，最后壓板裁切成相應的試樣。

1.3 測試表征

采用(JEOL)JSM-6010LA掃描電子顯微鏡(SEM)觀察碳纖維表面和截面形貌和復合材料斷口處的形貌，測試前對樣品進行噴金處理。

采用SMS-IGC反相氣相色譜儀(IGC)測試碳纖維的表面能(包括表面能極性分量γp和表面能色散分量γd)。用探針分子測試碳纖維的色散分量，通過 測試極性探針分子(二氯甲烷和甲苯)與碳纖維表面的相互作用自由能來間接測試碳纖維表面能的極性分量。

表1 碳纖維基本性能

采用ESCALAB250型X射線光電子能譜儀(XPS)測試碳纖維表面的元素組成和表面官能團。X射線器為單色器Al Kα(200 W)，用C1s(B.E=285.0 eV)做標準，首先進行寬譜掃描，然后對C峰、O峰、N峰和Si峰分別進行高精度窄譜掃描，確定碳纖維表面的化學元素含量。C譜以285.0 eV校準，通過有機化合物中不同C1s的化學位移來確定碳纖維表面的官能團[17]。

采用DMA242C動態熱機械分析儀(DMA)測定復合材料試樣的玻璃化轉變溫度，取其動態力學性能-溫度譜上tgδ峰對應的溫度。升溫速率為3 ℃/min。

復合材料的濕態條件為樣品水煮48 h。復合材料的拉伸性能依據ASTM D 3039測試，壓縮性能依據ASTM D 6641測試，層間剪切性能依據ASTM D 2344測試，開孔拉伸性能依據ASTM D 5766測試，開孔壓縮性能依據ASTM D 6484測試，沖擊后壓縮性能依據ASTM D7137測試。

2 結果與討論

2.1 碳纖維性能

碳纖維的表面結構與性質直接影響復合材料的界 面黏結性能，進而影響到復合材料的宏觀性能[18]，

本工作從碳纖維形貌、表面能和表面化學組成3個方面來考察T700A和T700S碳纖維的性能。

2.1.1 碳纖維形貌特征

圖1為兩種碳纖維掃描電子顯微鏡(SEM)表面形貌照片。從圖1可以發現，干噴濕紡工藝制備的T700S碳纖維表面比較光滑，而T700A碳纖維表面存在深淺不一的溝槽，具有濕法紡絲工藝制備纖維的典型特征。根據傳統的粘合理論，與表面光滑的T700S碳纖維相比，T700A碳纖維表面的溝槽能增加碳纖維表面積，可增大碳纖維和樹脂之間的機械嚙合力，有助于提高復合材料性力學性能。可以推斷，T700A和T700S碳纖維與同一樹脂體系復合時，T700A碳纖維復合材料的界面性能將優于T700S碳纖維復合材料；但纖維表面溝槽使表面存在裂紋的概率變大，將導致纖維拉伸強度下降[19]。

圖2為兩種纖維的截面形貌SEM照片。由圖2 看出，T700A碳纖維截面形狀接近圓形；截面基本沒有皮芯結構，徑向結構分布較均勻，纖維均質化良好。這種近圓形結構，使得T700A碳纖維在與各種樹脂復合時，包埋樹脂能進入到不對稱的凹槽中，纖維與樹脂間的結合更為緊密，有利于提高復合材料的力學性能。碳纖維表面能會隨著表面積的增加而增加，進而提高纖維表面的浸潤性能[20]。T700S碳纖維的表面無明顯溝槽結構存在，在纖維直徑相差不大的情況下，T700S碳纖維表面積相對較小，可能會使T700S碳纖維的表面浸潤性略低于國產T700A碳纖維。

圖1 碳纖維表面形貌Fig.1 Surface morphologies of carbon fibers (a)T700A；(b)T700S

圖2 碳纖維截面形貌SEM照片Fig.2 SEM image of cross section morphologies of carbon fibers (a)T700A；(b)T700S

2.1.2 碳纖維表面能

纖維表面自由能是描述和決定纖維表面性質的重要參數，根據表面能及浸潤理論[21-22]，纖維表面能及浸潤性是界面粘結的基礎。在浸潤過程中，纖維表面能越高，樹脂表面張力越小，越有利于樹脂對碳纖維的浸潤。碳纖維與樹脂間的浸潤良好，才能使兩者實現緊密結合，減少復合材料由于應力集中而導致的裂紋的出現，提高復合材料的力學性能。反相氣相色譜IGC是近年來新發展的一種測試固體表面能的方法[23]，本研究采用IGC法測試了兩種碳纖維的表面能，結果見表2。

碳纖維是有機纖維經高溫碳化制成的，隨著非碳元素的逸走和碳元素的富集，表面活性降低，與樹脂基體的浸潤性變差[24]。經過表面處理和上漿工序后，碳纖維表面性能得到一定程度的改善[25-26]，但碳纖維表面能仍以色散分量為主，極性分量所占的比例較小。如表2所示，兩種碳纖維表面能均以色散分量γd為主。

表2 碳纖維物理性能

2.1.3 碳纖維表面化學組成

碳纖維表面的化學活性基團能直接影響纖維和樹脂的親和性，進而影響到復合材料的界面黏結強度[27]。采用X射線光電子能譜儀(XPS)測試兩種碳纖維的表面化學組成，結果如圖3所示，碳纖維表面元素種類及含量列于表3。T700A碳纖維表面有碳元素、氧元素、氮元素和硅元素，主要元素為碳元素和氧元素。

表3 碳纖維表面化學元素組成

碳纖維表面活性基團的存在使碳纖維呈現親水性，對水及樹脂的潤濕性能得以提高。根據化學鍵理論，活性基團能與樹脂本身的官能團在復合時發生各種化學作用(極性作用、氫鍵或共價鍵)，形成良 好的界面[27]。一般認為碳纖維表面化學活性基團主要有羥基、羧基和環氧基團等，碳纖維表面的化學活性與這些活性基團的濃度密切相關，因此可用O/C(氧元素與碳元素比值)來間接衡量碳纖維的化學活性[18]。O/C比越高，碳纖維表面活性越大，越利于與樹脂相互反應，形成的復合材料的界面黏結性能越好，復合材料力學性能也隨之提高。由表3可知，T700A碳纖維的O/C比略低，T700A碳纖維與樹脂的化學鍵結合力可能稍低于T700S碳纖維。

圖3 碳纖維表面XPS光電子能譜Fig.3 XPS spectra of carbon fibers (a)T7000A；(b)T700S

圖4 碳纖維C1s分峰Fig.4 C1s spectra of carbon fibers (a)T700A；(b)T700S

一般認為，由纖維表面活性基團引起的極性和化學鍵作用和由纖維表面粗糙度引起的機械嚙合作用都對纖維與樹脂的界面結合有較大貢獻[18,28]，因此，國產T700級纖維與樹脂基體的界面結合強弱可通過復合材料力學性能來進一步證明。

表4 碳纖維C1s分峰分析

2.2 復合材料力學性能

在新時代的中國社會中，馬克思主義社會科學方法論在國家意識形態領域和個人對社會科學的研究中都發揮著重要的作用。馬克思主義社會科學研究方法批判的繼承了前人的研究方法，是科學的方法論。增強大學生思想政治教育實效性，促進大學生的全面發展，是當今高校一切工作的出發點和歸宿，關系到國家和民族的未來。

2.2.1 室溫力學性能

圖5 T700A/QY9611和T700S/QY9611兩種 復合材料的力學性能Fig.5 Mechanical properties of T700A/QY9611 composite and T700S/QY9611 composite

為了分析碳纖維與樹脂間的界面性能，測試室溫條件下T700A/QY9611和T700S/QY9611復合材料的力學性能，如圖5所示。由圖5可以看出，與T700S/QY9611復合材料相比，室溫條件下T700A/QY9611復合材料90°拉伸強度、0°壓縮強度和層間剪切強度均高于T700S/QY9611復合材料，表明T700A/QY9611復合材料界面結合良好，優于T700S/QY9611復合材料；這主要是由于T700A碳纖維表面存在溝槽，與樹脂的嚙合作用強于光滑表面的T700S碳纖維。T700A碳纖維表面能也略高，纖維的可浸潤性略好，也有利于提高復合材料的力學性能；因此，T700A/QY9611復合材料界面性能優于T700S碳纖維體系。從圖5中還可以看出，室溫條件下T700A/QY9611復合材料0°拉伸強度低于T700S/QY9611復合材料，這是因為復合材料0°拉伸性能主要受碳纖維性能影響的緣故。T700A碳纖維表面的溝槽一方面導致纖維拉伸強度下降，另一方面使纖維與樹脂界面結合緊密，碳纖維與樹脂存在一定應力，進而對復合材料0°拉伸強度存在一定影響；而T700S碳纖維表面光滑，能最大程度發揮碳纖維強度。

2.2.2 濕熱性能

濕熱環境對復合材料力學性能的影響一直是材料研制和結構設計人員關注的重點之一。圖6列出了室溫干態和高溫濕態環境下的T700A/QY9611復合材料基本力學性能。如圖6所示，濕熱處理后，碳纖維/QY9611復合材料的拉伸強度、壓縮強度以及層間剪切強度會出現不同程度的下降。對于T700A/QY9611復合材料，力學性能的保持率從高到低依次為0°拉伸強度、0°壓縮強度、短梁剪切強度和90°拉伸強度。可認為濕熱條件對由樹脂基體或界面控制的復合材料力學性能影響顯著，對由纖維控制的力學性能影響不顯著。這是因為，一般情況下碳纖維不吸濕，其性能受濕熱影響不大，樹脂和纖維的界面則受吸濕水影響，出現導致纖維/基體界面性能下降的應力[29-30]。雙馬樹脂雖在濕熱條件不會發生明顯的化學反應，但從微觀尺度上來看，吸濕會使樹脂基體中的高分子鏈段被打斷，溫度的升高又使得高分子鏈段具有更高的能量而變得不穩定[31-33]，其變化機理表現為水分子進入基體后通過溶脹作用使基體發生增塑，為鏈段運動提供了所需的自由體積，使樹脂性能進一步降低[31]。因此在4個復合材料性能中，90°拉伸性能受濕熱的影響最大。

圖6 濕熱對T700A/QY9611復合材料的 基本力學性能的影響Fig.6 Influence of hydrothermal treatment on basic mechanical properties of T700A/QY9611composite

通過復合材料的干濕態玻璃化轉變溫度結果可進一步分析復合材料的耐濕熱性能。復合材料體系玻璃化轉變溫度結果分析見表5。由表5可知，在干態條件下，對應于tg δ峰的T700A/QY9611 和T700S/QY9611復合材料的Tg分別為257.2 ℃和260.1 ℃，這兩個溫度遠高于最高測試溫度150 ℃。測試溫度升高，QY9611樹脂固化后形成的交聯聚合物的熱運動能力增強，使交聯聚合物體積膨脹，加大了分子間的自由空間，但交聯聚合物還處于玻璃態，其鏈段的活動仍處于凍結狀態，僅有側基、支鏈等較小的運動單元能運動，因此高溫干態條件下的層間剪切強度仍能保持在較高值。經水煮48 h 后，T700A/QY9611和T700S/QY9611復合材料的Tg分別為225.3 ℃和236.3 ℃，這兩個溫度也比最高測試溫度150 ℃高出70 ℃ 以上。此時由于濕熱的聯合作用，不僅提高交聯聚合物的鏈段的活動能力，而且吸濕使分子間的自由空間進一步增大，因此復合材料的性能又有所降低；但是交聯聚合物仍處于玻璃態，所以高溫濕態條件下的界面性能仍具有較高的保持率。

表5 復合材料吸濕前后玻璃化轉變溫度

表6為T700A/QY9611和T700S/QY9611兩種復合材料的層間剪切強度和保持率。圖7為濕熱處理前后兩種復合材料層間剪切強度的對比圖。從表6和圖7可知，在室溫干態和高溫干態條件下，T700A/QY9611復合材料的層間剪切強度高于T700S/QY9611復合材料。在高溫濕態條件下的T700A/QY9611復合材料層間剪切強度則與T700S/QY9611復合材料基本相當，說明濕態對T700A/QY9611復合材料層間剪切強度的影響大于高溫對其性能的影響。從復合材料體系玻璃化轉變溫度結果分析, 兩復合材料體系具有十分相近的干態玻璃化轉變溫度，但水煮48 h后T700A/QY9611和T700S/QY9611復合材料的玻璃化轉變溫度卻相差10 ℃。T700A/QY9611復合材料的玻璃化轉變溫度下降較大，說明該材料體系吸濕現象相對嚴重，濕態對T700A/QY9611復合材料層間剪切強度的影響相對較大。T700A/QY9611復合材料在150 ℃濕態的層間剪切強度高于60 MPa，滿足航空的濕熱要求，層間剪切強度在150 ℃濕態下的保持率為54.7%，說明國產碳纖維復合材料濕熱性能良好。

表6 復合材料層間剪切強度及其保持率

圖7 T700A/QY9611和T700S/QY9611兩種復合材料的 層間剪切強度Fig.7 Interlaminar shear strengths of T700A/QY9611composite and T700S/QY9611 composite

采用SEM進一步分析T700A/QY9611和T700S/QY9611復合材料在室溫干態和150 ℃濕態條件下層間剪切斷面形貌，如圖8所示。由圖8可見，在室溫干態條件下，T700A/QY9611和T700S/QY9611兩種復合材料層間剪切斷面形貌均較齊整，無纖維拔出現象，表明兩種復合材料具有很好的界面黏結性能；但在濕熱環境下，兩種復合材料層間剪切斷面形貌均出現了程度相近的纖維/基體界面脫粘與開裂現象，即存在纖維拔出后留存的樹脂孔洞以及光滑的纖維。表明濕熱處理嚴重影響了復合材料的界面結合能力，但拔出纖維長度較短，且表面附著少量樹脂，說明國產復合材料在高溫濕態下也能保持良好的界面結合[34]。這與層間剪切強度的測試結果相一致。

圖8 碳纖維復合材料斷面形貌Fig.8 Fracture morphologies of composites (a)T700A/QY9611,23 ℃/dry；(b) T700A/QY9611,150 ℃/wet； (c)T700S/QY9611,23 ℃/dry；(d) T700S/QY9611, 150 ℃/wet

2.2.3 韌性

對于復合材料韌性評定，國際上公認的項目是復合材料受沖擊后的剩余壓縮強度(Compression After Impact，CAI)，這是因為復合材料對沖擊強度最敏感，并且損傷是發生在層壓板內部，雖然表面幾乎觀察不到，但復合材料的壓縮強度大幅度下降，下降幅度高達60%～70%[35]。開孔拉伸和壓縮強度實驗是以孔代表缺陷，評定含孔層壓板承受載荷的能力，也是樹脂基復合材料韌性評定指標之一[36]。濕熱環境條件接近飛機結構實際的惡劣環境條件，考察濕熱條件下復合材料韌性對飛機結構材料的選擇具有重要意義。本研究考察不同測試環境下復合材料的開孔拉伸和開孔壓縮，結果列于表7中。

表7 T700A/ QY9611復合材料韌性

基體樹脂的韌性對于先進復合材料有著重要意義。QY9611雙馬來酰亞胺樹脂體系是高韌性樹脂體系，能有效地減少沖擊破壞分層的面積和降低樹脂破損，并在進行壓縮實驗時，能有效地抵抗分層的擴展。本研究在室溫條件下對T700A/QY9611復合材料層合板進行了4.45 J/mm沖擊后壓縮實驗，由表7可見T700A/QY9611復合材料的沖擊后壓縮強度為307 MPa，達到了國外先進復合材料IM7/5250-4的水平(248 MPa)，滿足航空主承力結構件對復合材料韌性的要求。Cartié研究了樹脂基體性能與纖維性能對復合材料層合板抗沖擊性能、沖擊后壓縮強度以及II型能量釋放率的影響規律，認為樹脂的韌性而非纖維的強度和剛度是影響碳纖維增強樹脂基復合材料層合板沖擊后壓縮強度的主要因素[37]。因此可認為T700A碳纖維與QY9611高韌性樹脂韌性匹配良好，復合材料具有優良的韌性。

圖9 T700A/QY9611復合材料開孔壓縮強度Fig.9 Open-hole compressive strength of T700A/QY9611 composite

圖9為濕熱環境下的T700A/QY9611復合材料的開孔壓縮強度。由圖9可見，在干態條件下，T700A/QY9611復合材料的開孔壓縮強度隨著溫度升高逐漸降低。高溫濕熱條件下的開孔壓縮強度又略微下降。在干態170 ℃條件開孔壓縮強度的保持率在88%以上。在濕態150 ℃條件下，開孔壓縮和開孔拉伸強度的保持率仍高于86%。

3 結 論

(1)T700A碳纖維表面有明顯的溝槽，有利于表面機械嚙合作用，能進一步提高復合材料的界面黏結性能。T700A/QY9611復合材料的力學性能測試結果也表明T700A/QY9611復合材料具有優異的界面黏結性能。

(2)在高溫濕熱條件下，T700A/QY9611復合材料的層間剪切強度與T700S/QY9611復合材料相當，開孔壓縮和開孔拉伸強度的保持率均高于86%。說明T700A/QY9611復合材料的濕熱性能良好。

(3)T700A/QY9611復合材料的韌性優異，CAI達到了國外先進復合材料IM7/5250-4的水平。

[1] CHEN J C，HARRISON I R．Modification of polyacrylonitrile(PAN)carbon fiber precursor via post-spinning plasticization and stretching in dimethyl formamide(DMF)[J]．Carbon，2002，40：25-45．

[2] 賀福，李潤民．碳纖維在國防軍工領域中的應用(1)[J]．高科技纖維與應用，2006，31(6)：5-10．

(HE F，LI R M．Application of carbon fiber in defence and military(1)[J]．Hi-Tech Fiber & Application，2006，31(6)：5-10．)

[3] 賀福，李潤民．碳纖維在國防軍工領域中的應用(2)[J]．高科技纖維與應用，2007，32(1)：8-13．

(HE F，LI R M．Application of carbon fiber in defence and military(2)[J]．Hi-Tech Fiber & Application，2007，32(1)：8-13．)

[4] 杜善義．先進復合材料與航空航天[J]．復合材料學報，2007，24(1)：1-12．

(DU S Y．Advanced composite materials and aerospace engineering[J]．Acta Materiae Compositae Sinica，2007，24(1)：1-12．)

[5] 趙稼祥．民用航空和先進復合材料[J]．高科技纖維與應用，2007，32(2)：6-10．

(ZHAO J X．Civil aviation and advanced composite materials[J]．Hi-Tech Fiber & Application， 2007，32(2)：6-10．)

[6] 朱逸生．纖維材料在航空領域的應用[J]．合成纖維，2009，38(4)：1-4．

(ZHU Y S．Application of fiber minerals in aviation industry[J]．Synthetic Fiber in China，2009，38(4)：1-4．)

[7] 鄭廣強，吳文貴．自動鋪帶技術在航空復合材料制造領域的應用[J]．航空制造技術，2013(15)：40-43.

(ZHENG G Q，WU W G．Application of ATL in aircraft composites structure manufacturing[J]．Aeronautical Manufacturing Technology，2013(15)：40-43.)

[8] 益小蘇，張明，安學峰，等．先進航空樹脂基復合材料研究與應用進展[J]．工程塑料應用，2009，37(10)：72-76．

(YI X S， ZHANG M， AN X F，etal．Development and application of advance aeronautical polymer matrix composites[J]．Engineering Plastics Application，2009，37(10)：72-76．)

[9] 羅益峰．世界PAN基碳纖維發展透析及對我國的研發建議[J]．材料導報，2000，14(11)：11-13．

(LUO Y F．Developing analysis of word’s PAN-based carbon fibers and it’s R & D suggestions in China[J]．Materials Review，2000，14(11)：11-13．)

[10] 張鳳翻，申屠年．國產碳纖維規模化應用值得注意的工藝問題[J]．高科技纖維與應用，2008，33(3)：1-4．

(ZHANG F F，SHEN T N．Noteworthy technical problems of carbon fiber in the large scale application[J]．Hi-Tech Fiber & Application，2008，33(3)：1-4．)

[11] 羅益峰，申屠年．2007年中國高性能纖維展望[J]．高科技纖維與應用，2007，32(1)：1-3．

(LUO Y F，SHEN T N．Prospects for China high performance fibers in 2007[J]．Hi-Tech Fiber & Application，2007，32(1)：1-3．)

[12] 徐樑華．高性能PAN 基碳纖維國產化進展及發展趨勢[J]．中國材料進展，2012，31(10)：7-13．

(XU L H．Development and trends of PAN-based high performance carbon fiber in china[J]．Materials China，2012，31(10)：7-13．)

[13] 馮聞，徐樑華．圍繞市場發展國產碳纖維制備及其應用技術[J]．高科技纖維與應用，2013，38(3)：12-24．

(FENG W，XU L H．Based on the market to develop manufacture and application technologies of the native carbon fiber[J]．Hi-Tech Fiber & Application，2013，38(3)：12-24．)

[14] 李崇俊，劉建軍，劉勇瓊，等．高性能聚丙烯腈基碳纖維工程化研制及應用進展[J]．高科技纖維與應用，2011，36(5)：7-14．

(LI C J，LIU J J，LIU Y Q，etal．An engineering manufacturing and application of PAN-based carbon fibers[J]．Hi-Tech Fiber & Application，2011，36(5)：7-14．)

[15] 張西偉，陽小輝，薛向晨，等．碳纖維/QY9611預浸料及其復合材料的工藝性評價[C]∥復合材料：創新與可持續發展(上冊)，第十六屆全國復合材料學術會議論文集．北京：中國科學技術出版社，2010：627-630．

(ZHANG X W，YANG X H，XUE X C，etal．Fiber/QY9611 prepreg and composites technics[C]∥Composite： innovation and sustainable development(I)，Proceedings of the sixteenth national conference on composite materials． Beijing：China Science and Technology Press，2010：627-630．)

[16] 孫占紅，陽曉輝，李小兵．樹脂基復合材料增韌的新途徑—相遷移增韌技術[J]．航空制造技術，2012，(11)：96-97．

(SUN Z H，YANG X H，LI X B．New approach to toughening resin matrix composites-phase migration toughening technology[J]．Aeronautical Manufacturing Technology，2012，(11)：96-97．)

[17] DILSIZ N，WEIGHTMAN J P． Surface analysis of unsizedand sized carbon fibers[J]．Carbon， 1999，37：1105-1114．

[18] 石峰暉，代志雙，張寶艷．碳纖維表面性質分析及其對復合材料界面性能的影響[J]．航空材料學報，2010，30(3)：43-47．

(SHI F H，DAI Z S，ZHANG B Y．Properties of carbon fibers and interfacial properties of carbon fibers reinforced matrix composite[J]．Journal of Aeronautical Materials，2010，30(3)：43-47．)

[19] 侯鋒輝，鄧紅兵，李崇俊，等．碳纖維結構的常用表征技術[J]．纖維復合材料，2008(3)：18-20．

(HOU F H，DENG H B，LI C J，etal．Common characterization methods of carbon-fiber structures[J]．Fiber Composites，2008(3)：18-20．)

[20] 陳淙潔，張明，王春紅，等．四種碳纖維表面理化特性研究[J]．玻璃鋼/復合材料，2012(增刊1)：73-80．

(CHEN C J，ZHANG M，WANG C H，etal．Study on surface physicochemical properties of four types of carbon fibers[J]．Fiber Reinforced Plastics/Composites Supplement，2012(Suppl 1)：73-80．)

[21] 姜再興，孟令輝，黃玉東，等．鏈長對炭纖維/聚芳基乙炔復合材料界面性能的影響[J]．復合材料學報，2007，24(6)：7-12．

(JIANG Z X， MENG L H，HUANG Y D，etal．Influence of chain lengths on interfacial performances of carbon fiber reinforced polyarylacetylene resin compo sites[J]．Acta Materiae Compositae Sinica，2007， 24(6)：7-12．)

[22] 賀福．碳纖維及其應用技術[M]．北京：化學工業出版社，2004:202-232．

[23] LINDSAY B，ABEL M L，WATTS J F．A study of electrochemically treated PAN based carbon fibers by IGC and XPS[J]．Carbon，2007，45：2433-2444．

[24] DAI Z S，SHI F H，ZHANG B Y，etal．Effect of sizing on the surface properties of carbon fibers and fibers/epoxy interfacial adhesion[J]．Applied Surface Science，2011，257：6980-6985．

[25] 崔榮慶，諶磊，李春紅，等．電化學氧化處理對PAN基炭纖維表面浸潤性的影響[J]．材料導報，2012，26(1)：4048．

(CUI R Q， CHEN L， LI C H，etal． Study on wettability of electrochemically oxidized PAN-based carbon fibers[J]．Materials Review，2012，26(1)：40-48．)

[26] 錢鑫，支建海，張永剛，等．炭纖維表面化學結構對其增強環氧樹脂基復合材料性能的影響[J]．材料工程，2014(6)：84-88．

(QIAN X，ZHI J H，ZHANG Y G，etal．Effect of surface chemical structure of carbon fiber/epoxy resin composites[J]．Journal of Materials Engineering，2014(6)：84-88．)

[27] LIU J，TIAN Y L，CHEN Y J，etal．Interfacial and mechanical properties of carbon fibers modified by electrochemical oxidation in (NH4HCO3)/(NH4)2C2O4·H2O aqueous compound solution [J]．Applied Surface Science，2010，256(21)：6199-6204．

[28] 羅云烽，李陽，肈研，等．國產T800級炭纖維表面特性及其復合材料微觀界面性能[J]．材料工程，2014(9)：83-88．

(LUO Y F，LI Y，ZHAO Y，etal．Surface characteristics of domestic T800-grade carbon fibers and microscopic interphase properties of composites[J]．Journal of Materials Engineering，2014(9)：83-88．)

[29] COSTA M L，REZENDE M C， ALMEIDA S F M． Strength of hygrothermally conditioned polymer composites with voids[J]．Journal of Composite Materials，2005，39(21)： 1943-1961．

[30] 馮青，李敏，顧軼卓，等．不同濕熱條件下碳纖維/環氧復合材料濕熱性能實驗研究[J]．復合材料學報，2010，27(6)：16-20．

(FENG Q，LI M，GU Y Z，etal．Experimental research on hygrothermal properties of carbon fiber/epoxy resin composite under different hygrothermal conditions[J]．Acta Materiae Compositae Sinica，2010，27(6)：16-20．)

[31] LI Y M，MIRANDA J，SUE H J．Hygrothermal diffusion behavior in bismaleimide resin[J]．Polymer，2001，42(18)：7791-7799．

[32] 錢鑫，支建海，王雪飛，等．碳纖維表面結構對復合材料吸濕性能的影響[J]．無機材料學報，2013，28(2)：189-194．

(QIAN X，ZHI J H，WANG X F，etal．Effect of fiber surface structure on absorption properties of carbon fiber reinforced composites[J]．Journal of Inorganic Materials，2013，28(2)：189-194 ．)

[33] 李敏，張寶艷．改性雙馬樹脂/碳纖維復合材料體系耐濕熱性能研究[J]．熱固性樹脂，2006，21(5)：25-27．

(LI M，ZHANG B Y．Study on the hydrothermal properties of a modified bismaleimide resin/carbon fiber composite[J]．Thermosetting Resin，2006，21(5)：25-27．)

[34] 彭公秋，楊進軍，曹正華，等．T700S/QY8911復合材料界面匹配研究[J]．航空材料學報，2011，31(2)：43-48．

(PENG G Q， YANG J J， CAO Z H，etal． Study on interface compatibility of T700S/QY8911 composite[J]．Journal of Aeronautical Materials，2011，31(2)：43-48．)

[35] 趙渠森．QY8911-III高韌性雙馬來酰亞胺樹脂及其復合材料性能研究[J]．航空工藝技術，1995，(5)：3-8．

(ZHAO Q S．Research on QY8911-III high toughness BMI resin and its composite performance [J]．Aeronautical Manufacturing Technology，1995，(5)：3-8．)

[36] 陳祥寶．聚合物基復合材料手冊[M]．北京：化學工業出版社，2004．

[37] CARTIE D D R，IRVING P E．Effect of resin and fibre properties on impact and compression after impact performance of CFRP[J]．Composites Part A：Applied Science and Manufacturing，2002，33(4)：483-493．

(責任編輯：徐永祥)

Mechanical Properties of Domestic T700 Grade Carbon Fibers/QY9611 BMI Matrix Composites

LI Guoli， PENG Gongqiu， WANG Yingfen， XIE Fuyuan

(AVIC Composite Corporation Ltd.， Beijing 101300，China )

The morphologies,surface energies and surface chemical properties of the domestic T700 grade carbon fiber and the T700S carbon fiber were characterized by using scanning electronic microscopy (SEM), inverse gas chromatography(IGC) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)respectively.The mechanical properties of the two carbon fibers/QY9611 composites were also discussed. The results indicate that the surface properties of carbon fibers have an important influence on the interfacial properties of composites. The interfacial properties of domestic T700 grade carbon fibers/QY9611 composite at room temperature/dry conditions are superior to T700S/QY9611 composite. The toughness of domestic T700 grade carbon fibers/QY9611composite is outstanding as well. The value of CAI has reached the level of foreign advanced composite IM7/5250-4. After hydrothermal treatment，the interfacial strength of domestic T700 grade carbon fibers/QY9611 composite is equal to that of T700S/QY9611 composite. It shows that domestic T700 grade carbon fibers/QY9611 composite has good hydrothermal-resistant properties.

carbon fiber; BMI resin; composite; mechanical property

2016-04-29；

2016-06-02

李國麗(1980—)，女，博士，高級工程師，主要從事國產碳纖維樹脂基復合材料研究，(E-mail)liguoli01@163.com。

10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000076

TB332

A

1005-5053(2017)02-0063-10