取碳纤维复丝(聚丙烯腈基碳纤维原丝预氧化、碳化、石墨化)，使用环氧树脂618对其充分浸胶，并用上胶架固定，加热固化，制成待测样条。

按照GB/T 3362－2005，采用万能材料试验机测试样条的抗拉强度与弹性模量；采用差示扫描量热仪(DSC)测量环氧树脂体系的放热量，并定量计算环氧树脂体系的固化度；采用扫描电镜(SEM)观察拉伸试样断口，并对比低固化度与高固化度碳纤维复丝样条的断口形貌。

固化温度的高低将直接影响碳纤维复丝最后的固化效果：固化温度过低，树脂可能没有完全固化，力学性能较差；而固化温度过高，树脂可能受到高温的影响而发生形变，也会影响力学性能。固化温度对国产碳纤维复丝力学性能的影响如图1和图2所示。 

图1 不同固化温度时国产碳纤维复丝的抗拉强度

图2 不同固化温度时国产碳纤维复丝的弹性模量

由图1和图2可见，固化温度较高碳纤维复丝样条的拉伸性能低于低温固化。

图3 不同固化时间时国产碳纤维复丝的拉伸强度

由图3可见，随着固化时间的延长，国产碳纤维复丝样条的拉伸强度具有明显的上升趋势。例如，固化时间从20min延长至140min，样条的抗拉强度由3554MPa升高到3960MPa。因此，延长固化时间，使环氧树脂充分固化，有利于提高碳纤维复丝的拉伸性能。

图4 不同固化时间时国产碳纤维复丝的弹性模量

由图4可见，当固化时间达到120min后，碳纤维复丝样条的弹性模量曲线变化趋势不太明显，因此固化时间也无需无限延长。

选用与固化温度为80℃具有相同条件的纯树脂体系进行非等温DSC测试，结果如图5所示。

图5 80℃时不同固化时间环氧树脂反应热DSC曲线

在非等温DSC测试中，测量树脂体系的总反应热是相同的，随着固化时间的延长，树脂的反应热逐渐减少，对应固化度的计算公式如下

式中：α为固化度；Ht为变温DSC测量的剩余反应热；Hu为变温DSC测量的总反应热。

利用Proteus Analysis软件分析图5中各个峰的面积并计算相应的固化度，结果见表1。

表1 80℃时不同固化时间环氧树脂的反应热

由表1可见，当固化温度为80℃时，随着固化时间的延长，树脂体系的固化度从0逐渐升高至75.4％。结合图3可以发现，恒定固化温度，固化时间的延长其实质是树脂体系固化度的增加。延长固化时间，树脂体系与固化剂反应更充分，更多的线性环氧树脂与胺类固化剂发生开环聚合反应，生成力学性能更好、具有网状结构的固化物。因此，随着固化时间的延长，树脂体系的固化度呈较明显的上升趋势。

结合图5和表1可以看出：恒定固化温度时，随着固化时间的延长，树脂体系的反应热逐渐减少，从而对应的固化度不断增加。因此树脂体系的固化度与其固化时间呈正相关的关系，即树脂体系的固化时间越长，其固化度越高，最终表现为碳纤维复丝样条的拉伸性能越好。

考虑到测试的可操作性，固化时间最好在80min以上，即固化度超过30％为宜。虽然延长固化时间可以在一定程度上提高碳纤维复丝的拉伸性能，但考虑到时间成本，固化时间不能无限延长。因此，根据试验室条件把固化时间的下限设置为80min，上限设置为140min。

利用扫描电子显微镜观察固化温度为80℃、固化时间分别为80min和140min时国产碳纤维复丝样条的断口形貌，结果如图6所示。

图6 不同固化度的国产碳纤维复丝拉伸试样断口微观形貌

图6a)是固化度较低的国产高强高模碳纤维复丝样条的断口微观形貌，图6b)是其局部放大形貌，可以看出，当固化度较低时，碳纤维与树脂基体的结合不好。树脂基体的作用是固定碳纤维并将其黏合成整体，但当固化度较低时，树脂基体中有大量的碳纤维拔出，在原来的位置留下孔洞，这充分说明了当固化程度较低时，树脂不能很好的黏结碳纤维，在断裂时，应力不能沿着树脂从一根纤维传递到另一根纤维，从而影响了拉伸性能测试结果。图6c)和图6d)是固化度较高的国产碳纤维复丝样条的断口形貌及其局部放大形貌，可见与图6a)和图6b)恰恰相反，树脂基体的固化度提高后，基体可以很好的黏结碳纤维，较好地传递载荷并使其均匀分配，提高了力学性能。

通过SEM观察不同固化程度的碳纤维复丝样条断口形貌可以发现：恒定固化温度时，随着固化时间的延长，树脂基体的固化度提高，更好地传递载荷，断裂时仅有较少的纤维拔出，较明显地提高了碳纤维复丝样条的拉伸性能。

为了验证测试结果与固化度相关，选取3种环氧树脂进行同一固化度、不同树脂体系国产碳纤维复丝拉伸性能测试，结果如图7所示。

图7 同一固化度不同树脂体系下国产碳纤维复丝拉伸性能

从图7可以看出，制样工艺相同时，使用不同树脂体系制样，最终的拉伸性能相差不多：拉伸强度在4100MPa左右，弹性模量在390GPa左右。这是因为制样工艺相同使得树脂体系的固化度相同，而拉伸性能与树脂的固化度相关，因此即便使用不同的树脂体系，测试结果仍相差不大，即碳纤维复丝的拉伸性能测试结果主要受制样树脂的固化度的影响。