碳纤维微观结构研究进展.pdf

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1、碳纤维微观结构研究进展／陈淙洁等·21·碳纤维微观结构研究进展陈淙洁，邓李慧，吴琪琳(东华大学材料科学与工程学院纤维材料改性国家重点实验室，上海201620)摘要碳纤维的性能取决于其结构，尤其是微观结构。从碳纤维的表面结构、皮芯结构、微孔结构以及微晶结构等几个方面较系统地总结了目前国内外在碳纤维微观结构方面的研究进展，同时探讨了碳纤维的微观结构与性能之间的关系，以期为碳纤维的相关研究提供参考。关键词碳纤维微观结构力学性能中图分类号：TB321文献标识码：AResearchProgressonMicrostructuresofCarbonFibersCHE

2、NCongjie，DENGLihui，WUQilin(StateKeyLaboratoryforModificationofChemicalFibersandPolymerMaterials，CollegeofMaterialsScienceandEngineering，DonghuaUniversity，Shanghai201620)AbstractThepropertiesofcarbonfibersdependontheirstructures，especiallythemicrostructures．There—searchsituationso

3、fthesurfacestructure，theskin-corestructure，theporestructureandthemicrocrystllinestructureofcarbonfibersaresystematicallysummarized．Inaddition，therelationshipsbetweenthemicrostructuresandproper—tiesofcarbonfibersarediscussedattendingtOprovidereferencesforthefurtherstudiesoncarbonf

4、ibers．Keywordscarbonfiber，microstructure，mechanicalproperty等特点；高模型碳纤维具有高密度、微晶尺寸大、排列规整等0引言特点嘲。因此，研究碳纤维的微观结构对于高性能碳纤维的碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、导电导热性研制和开发、碳纤维性能的改进至关重要。本文从表面结好、热膨胀系数小等一系列优异性能，已广泛应用于航空航构、皮芯结构、微孔结构以及微晶结构等几个方面系统总结天、国防等军事领域及高级体育用品、医疗器械等民用领域。了碳纤维微观结构的研究进展。目前，按原丝的类型可将碳纤维分为聚丙烯腈基碳纤

5、维1表面结构(PAN—CF)、粘胶基碳纤维(R-CF)和沥青基碳纤维l_】]。对于碳材料而言，其主要的结构形态包括无定形结构、碳纤维的表面结构主要包括表面物理结构和表面化学金刚石结构和石墨结构。其中石墨结构是最稳定的结构形结构[9,10]。表面物理结构包括表面形貌、沟槽大小及分布等。态。石墨中的碳原子以六方网络片层的形式存在，层内碳原表面化学结构包括表面化学成分、主要基团种类与含量等。子以共价键相连，层与层之间则互相错开由范德华力相连扫描电子显微镜是研究表面形貌的常用手段_】卜”]。由接口]。因此，石墨晶体中层内原子间结合力远远大于层间结于纺丝工艺及环境

6、的不同，碳纤维的表面呈现不同的形貌特合力。大量研究表明[4]，碳纤维制备过程中产生的各种缺征。湿法纺丝时，初生丝条在拉伸力作用下轴向伸长陷，导致碳纤维的结构并不是理想的石墨点阵结构，而是乱径向收缩从而形成表面沟槽。经过预氧化和碳化处理，原丝层石墨结构。在乱层石墨结构中，石墨片层是最基本的结构的沟槽会遗传给碳纤维。表面沟槽增大了碳纤维的比表面单元。数片至数十片的石墨片层组成了碳纤维的二级结构积，有利于提高复合材料界面的层间剪切强度，但沟槽结构单元石墨微晶。石墨微晶又进一步形成三级结构单元原纤。深浅不一，在承受拉伸负荷时，这些沟槽就会成为应力集中原纤并不是笔

7、直的，而是呈现彼此交叉的条带状结构。在这点，导致碳纤维的拉伸强度下降。而干喷湿纺时[】，纺丝些条带状的结构之间，存在着大量近似平行于纤维轴向的针液细流在空气层中形成一层致密的薄膜，阻止大孔洞的形形孔隙。成，所制得的纤维结构均匀力学性能好。碳纤维的这种独特微观结构决定了其特殊性能。通常，而对于表面原子级、纳米级结构的研究则需要分辨率更高强型碳纤维具有致密化、均匀化、高密度、细晶化、乱层化高的扫描隧道显微镜(STM)[1引。吴琪琳等_1叼采用STM获*国家自然科学基金(5123300)；上海市教委创新科研创新重点项目(14ZZo69)陈淙洁：男，1989年生

8、，硕士生，主要从事碳纤维微观结构研究E-mail：anhuiehencongji