碳纤维复合材料的电阻性能研究

  碳纤维有高强度、高弹性模量、耐腐蚀、耐高温、抗疲劳等优异的性能,在航天航空、汽车工业、机械制造、高端医疗等领域起着重要的作用。碳纤维的电阻受化学成分、碳化石墨化程度、缺陷等因素影响,在低温下主要受杂质的控制,而高温的时候主要表现为电子电导的特性。

  将碳纤维放置在含有直流电源、电流表、电压表、可变电阻、开关的线路中,通过改变环境的温度、原丝的含胶量、干燥程度、纤维长度对其电阻性能进行测试。测试以后得出这样几个结论:1、碳纤维原丝的长度和是否进行除胶干燥处理对电阻没有直接影响;2、环境温度对碳纤维的电阻有直接影响,随着温度的升高,电阻下降,反之亦然;3、电阻率还与结晶度有关,结晶度越高,石墨化程度越高,电阻率下降。金属材料容易受环境、体积的影响,电阻变化较大,而碳纤维的电阻率相对来说比较稳定。

  电阻率又称为体电阻率,一般多用四点探针法测定,碳纤维的电阻率与原料有关外,还与热处理温度、石墨化程度以及结构参数密切相关,一般来说,中间相沥青基碳纤维的电阻率要比PAN基碳纤维小, PAN基碳纤维电阻率要比粘胶基碳纤维小。无论何种类型碳纤维,电阻率都会随着热处理温度升高而下降。

  一般来说,随着热处理温度的提高,石墨化度也在提高,不仅石墨层面增大,而且沿着轴向排列有序,导致电阻率下降。电阻率除了与电阻、长度有关外,还与其纤度和密度与关系。

  电阻率也会受到结晶性关系的影响。用拉曼光谱和灌酒碳纤维的结晶度,随着HTT的升高,晶区强度提高,非晶区等区强度减弱,反映出石墨化程度的提高,电阻率下降。