T800級(jí)碳纖維及石墨纖維微觀結(jié)構(gòu)的表征與性能分析.pdf

1、高性能碳纖維具有輕質(zhì)高強(qiáng)、超高模量及低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，是航天航空領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，在國(guó)防經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著廣泛用途。本文采用掃描電鏡（SEM）、拉曼光譜儀（Raman）、透射電鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）及原子力顯微鏡（AFM）分別對(duì)三種高強(qiáng)系列碳纖維、三種高模系列石墨纖維的形貌、晶體結(jié)構(gòu)、皮芯結(jié)構(gòu)和相對(duì)硬度等微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合研究。提出了一種用于拉曼光譜和透射電鏡測(cè)試的碳纖維截面（剖面）樣品的制備方法，并著重利用拉曼光譜對(duì)日本東麗

2、T800S及兩種國(guó)產(chǎn)T800級(jí)碳纖維的徑向、軸向及赤道方向均質(zhì)化程度進(jìn)行了表征分析，同時(shí)，結(jié)合TEM對(duì)三者的皮芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，以期為我國(guó)高性能碳纖維的生產(chǎn)提供一定理論參考。
　　SEM結(jié)果表明：東麗T800S的表面光滑，兩種國(guó)產(chǎn)T800級(jí)碳纖維表面存在沿軸向取向性較好的溝槽，三者截面呈近圓形，其中東麗T800S截面圓度最高。三種高模系列石墨纖維表面溝槽比高強(qiáng)系列碳纖維深，且截面圓度比高強(qiáng)系列低，表面光滑度和圓度從大到小的順序均為

3、P311F>CCM46J>CCM40J，說(shuō)明P311F石墨纖維的表面結(jié)構(gòu)最致密，推測(cè)其石墨化溫度最高。
　　Raman光譜和TEM結(jié)果均表明，三種T800級(jí)碳纖維都存在一定的皮芯結(jié)構(gòu)，JHT55的芯部直徑約為1.60～1.78μm，而T800S和P278F的芯部直徑均為1.13～1.60μm。此外，三種高強(qiáng)系列碳纖維皮層在赤道方向的也有一定的不均勻性，但東麗T800S整體的均一化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于兩種國(guó)產(chǎn)碳纖維。三種高模系列石墨纖維的石

4、墨化程度較高，從CCM40J到P311F，晶格條紋排列規(guī)整度增大，說(shuō)明P311F石墨纖維接近理想石墨結(jié)構(gòu)，拉伸模量較高。
　　高強(qiáng)系列碳纖維中東麗T800S的微晶尺寸最大，且內(nèi)部孔隙率低，這是其保持高強(qiáng)度的同時(shí)保持較高模量的重要原因。三種高模系列石墨纖維中，P311F石墨纖維的晶面間距d002最小，且三者的孔隙率從CCM40J、CCM46J到P311F依次降低。高強(qiáng)系列、高模系列碳纖維的硬度關(guān)系分別為：T800S>P278F>JH