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本文借助FESEM、WXRD和HRTEM手段对六种东丽T系列碳纤维和三种国产碳纤维的结构进行了表征,获得了碳纤维的五种微观结构信息,包括表面沟槽形貌反映出的前驱体原丝的原纤结构、拉断断口颗粒状形貌反映出的致密性、剪断断口形貌反映出的石墨微晶层间结合力、石墨微晶尺寸及取向程度、乱层石墨条带结构,并分析了碳纤维的组织结构与力学性能的关系。通过比较六种东丽T系列碳纤维的组织结构与力学性能,结果表明,碳纤维的力学性能不是由某一种微观结构决定的,而是所有微观结构特征的综合表现。六种碳纤维中,T1000G的力学性能最好,它的这五种微观结构特征参数都较好；T300的力学性能是最差的,它的这五种微观结构特征参数都较差；T700S与T700G的力学性能相近,它们的单丝直径、剪断断口形貌、表观结晶度相近；但T700S石墨微晶尺寸、石墨微晶取向度较T700G小。T800H与T800S除拉伸强度差别较大,其他力学性能相近,但它们在单丝直径、剪断断面形貌、表观结晶度、石墨微晶取向度相近；同时在另一些结构特征上有差别,如T800H是由湿法纺丝工艺制备的,表面有明显的沟槽形貌；石墨微晶尺寸较小。通过比较国产和东丽碳纤维的组织结构与力学性能,实验结果发现,并不是国产碳纤维所有的组织结构都不如东丽碳纤维的好,而是有的结构较好,有的结构较差。例如,GT800A和GT800B的表面形貌优于T800H,但比T800S差；GT800A剪断断口有多处大的断裂台阶,其石墨微晶间结合力较弱；GT800B断口形貌与T800S的相似,较为平整,其石墨微晶间结合力较强；两种国产T800碳纤维石墨微晶尺寸较小,堆砌层数较少,表观结晶度较低；T800H、T800S和GT800B在石墨层的有序排列度、取向性及石墨微晶条带尺寸方面均优于GT800A,进一步证实了碳纤维的力学性能是所有微观结构特征的综合表现这一结论。GT700表面沟槽较多、较深,石墨微晶尺寸最小,表观结晶度最低,石墨层的有序排列度和取向性较差,石墨微晶条带规整性较差,导致其力学性能差于东丽T700S和T700G。在使用碳纤维之间,一般会对其进行处理,其中热处理是一种重要的处理方式。因此本文对国产GT800A碳纤维和东丽T800H碳纤维进行了不同温度的热处理,比较了它们的结构,结果发现,热处理过程中,碳纤维的表面和断面形貌均未发生显著变化；碳纤维的微观石墨结构不断完善,呈现一个高温驱动的自组装过程,主要体现在：碳纤维d002和d100逐渐减小,(002)和(100)晶面衍射峰的半高宽逐渐减小,沿纤维径向和轴向的乱层石墨微晶尺寸逐渐增长,石墨层堆砌层数逐渐增加,表观结晶度和取向度均变大。因而要得到具有合适的石墨微晶结构的碳纤维,必须要适当选择热处理温度。