碳纤维复合材料的电阻率分析

  碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温及导电等优异性能,在航天、航空、兵器、船舶、核等国防领域有着广泛应用。碳纤维的电阻率与其成分石墨化程度、缺陷等相关,低温主要受杂质的控制,高温表现为电子电导的特性。

  研究人员选取碳纤维含量为20%的复合材料,研究其碳化温度对复合材料电阻率的变化。在测试中发现试样的体积电阻率随纤维灼烧温度的升高而下降。对数据进行分析,发现体积电阻率的下降与纤维碳化温度的升高而下降。

  随着热处理温度的提高,PAN基碳纤维密度呈现出波浪式的提高,电阻率呈直线式下降。1000℃之前密度呈现出直线增加,是由于非碳元素的脱除和在牵伸力作用下使轴向伸长、径向收缩所致。

  当碳纤维质量分数小于5%时,体积电阻会随碳纤维含量的增加急剧下降,当纤维质量分数大于5%时,体积电阻的变化趋于平缓,体积电阻率的下降与纤维质量分数的增加并不成正比,而是有一个渗滤阀值。当渗滤阀值为5%左右,填料量小于5%时,电阻率较大,当高于5%时电阻率下降到平稳值。可以看出,碳纤维复合材料在质量分数为5%时能够形成较好的导电通道。

 

  用拉曼光谱观察碳纤维的结晶度,可以得知随着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。

  综上所述,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。