PAN基碳纤维的微观组织结构与力学性能关系研究.pdfVIP

助 锨 材 料 2012年第16期(43)卷 PAN基碳纤维的微观组织结构与力学性能关系研究 谭婷婷 ，王成 国 ，井 敏 ，冯志海。，杨云华。，陈 呖 ，谢 奔 (1．山东大学 山东省碳纤维工程技术 中心 ，山东 济南 25006l； 2．山东建筑大学 材料科学与工程学院，山东 济南 250101；3．航天材料及 【艺研究所 ，北京 100076) 摘 要 ： 采 用场发射扫描 电子显微镜 、广 角 X射 线 T700SC一12000—50C(简 称 T700S)和 T7oOG一12000— 衍射、元素 分析、高分辨 透射 电子 显微 镜 对 东丽 50C(简称 T700G)，日本东邦公司的一种 PAN基碳纤 T700S、T700G和东邦 UT5003种碳纤维的表面和 断 维 ，牌号为 UT500—12000-E30(简称 UT500)。这 3种 面形貌 、化学组成及石墨微晶等微观组织结构进行 了 碳纤维 的力学性能如表 1所示 。 表征，比较 了这 3种碳纤维的微观结构差异 ，并分析 了 表 1 T7O0S、TTO0G和 UT500的出厂力学性能指标 这些差异对力学性能的影响。结果表 明，T700G碳元 Table1FactorypropertyindicatorsofTT00S，T700G 素含量较 高，氮元素含 量较 低，它的石墨微 晶尺寸较 andUT500carbonfibers 大，取 向度较 高，这是它比 T700S拉 伸模量高但 断裂 项 目 T7OOS T7OOG UT5OO 伸长率低 的原因；Ur5oo的表面结构与断面结构不如 拉 伸强度 (GPa) 4．90 4．90 5．O() T700S和 T700G好 ，微 晶尺寸也较 小，但 它 的直径略 拉 伸模 量 (GPa) 23O 240 240 细 ，而且 石 墨 微 晶 内(002)晶面排 列 比 T700S和 断裂伸长率 ( ) 2．1 2．() 2．1 T700G更规整，导致 UT500的综合力学性能略优 于 体 密度 (g／cm。) l_8O l_8O 1．8O T700S和 T700G。 直径 (“m) 7．0 7．0 6．9 关键词 ： PAN基碳纤维；微观组织结构 ；力学性能 2．2 测试方法和仪器 中图分类号 ： TSlO2．4 3 文献标识码 ：A 采用 日本 日立公司 SU一70型热场发射电子扫描 文章编号 ：1001—9731(2012)16-222605 显微镜 (FESEM)观察碳纤维的表面和断 口形貌，测试 电压为 3kV。 1 引 言 采用德国布鲁克公司 AXSD8型 x射线衍射仪 碳纤维是一种新型高性能无机纤维材料 ，具有高 (XRD)通过赤道扫描、子午扫描及赤道 (002)晶面衍射 比强度 、高 比模量、耐高温 、耐腐蚀 、耐疲劳、抗辐射、导 峰方位角扫描测定碳纤维 的石墨微晶结构 。CuKa辐 电、传热、减震 、降噪和相对密度小等一系列优异性 射源 ，A一0．1541nm，加速 电压 40kV，电流 强度 能 j。作为一种高技术材料 ，碳纤维 已广泛应用于航 40mA，扫描问隔为 0．1。。按式 (1)、(2)和 (3)分别计 空航天、国防军事等尖端领域以及高级体育用品、医疗 算碳纤维 中石墨微晶平均堆叠尺寸 L、晶面间距 和 器械等民用行业 。