碳纖維定性定量分析方法研究.pdf

1、碳纖維（Carbon Fiber），是一種主要由碳元素組成的特殊纖維，碳纖維的顯著特點(diǎn)是強(qiáng)度高，模量高，密度小。由于碳纖維具有諸多優(yōu)異的綜合性能，碳纖維的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要應(yīng)用于航空航天、文體用品、紡織、醫(yī)療器械、生物工程、建筑材料、化工機(jī)械、運(yùn)輸車輛等方面。碳纖維的表征技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但對(duì)于碳纖維的鑒別技術(shù)研究目前尚沒有相關(guān)報(bào)道，而航天、工業(yè)、土木工程等產(chǎn)業(yè)對(duì)該纖維需求量卻與日俱增，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)糾紛時(shí)有發(fā)生，研究和開發(fā)碳纖維的鑒別

2、技術(shù)顯得日益迫切。本項(xiàng)目的研究和開發(fā)可以形成碳纖維的系統(tǒng)檢驗(yàn)方法，使得企業(yè)以及消費(fèi)者發(fā)生經(jīng)濟(jì)糾紛時(shí)有據(jù)可依。
　　本文利用民用的聚丙烯腈基碳纖維為研究對(duì)象，對(duì)研究碳纖維結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的觀察的基礎(chǔ)上，對(duì)碳纖維定性和定量分析方法進(jìn)行研究，其中，采用了燃燒法、溶解法、掃描電鏡法、拉曼光譜和紅外吸收光譜法五種方法對(duì)碳纖維進(jìn)行定性鑒別；采用化學(xué)溶解的方法和形態(tài)學(xué)觀察法對(duì)碳纖維進(jìn)行定量鑒別。具體結(jié)論如下：
　　（1）在碳纖維結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究中

3、，利用掃描電鏡觀察碳纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)材料中利用干噴濕紡紡制的PAN基碳纖維纖維體密度較高，表面平滑無溝槽，橫向結(jié)構(gòu)均勻，無皮芯；利用紅外光譜儀來研究碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)，從而得到碳纖維的紅外光譜圖。從碳纖維的紅外光譜圖中可以看出碳纖維是沒有吸收峰的，由此可以判定碳纖維沒有特征基團(tuán)；在碳纖維的性能研究中，分別測試了碳纖維的直徑和拉伸斷裂性能，無論是同一碳纖維的不同部位或者是不同碳纖維單絲的直徑差異均較小，碳纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度要明顯高于芳綸

4、和玄武巖。
　?。?）在碳纖維定性鑒別中，利用掃描電鏡觀察不同紡絲方法得到的碳纖維表面形態(tài)不同，因此單獨(dú)通過掃描電鏡來鑒別碳纖維是不夠的，需要借助其它的鑒別方法；碳纖維在燃燒試驗(yàn)中出現(xiàn)的特殊燃燒現(xiàn)象可以為其定性鑒別提供參考；碳纖維在化學(xué)溶解實(shí)驗(yàn)中的溶解特征與目前所知的各種纖維都不同，它不溶于常規(guī)試劑，是該纖維定性鑒別的重要依據(jù)；同時(shí)碳纖維的紅外光譜中無吸收峰，無特征基團(tuán)，也可以作為碳纖維區(qū)別其它纖維的主要特征之一；在結(jié)合其它定性鑒

5、別方法的基礎(chǔ)上，可以通過碳纖維拉曼光譜中的D峰和G峰位置來定性判定鑒別纖維為碳纖維。
　?。?）在碳纖維定量鑒別中，當(dāng)碳纖維與化學(xué)性能相同而纖維的形態(tài)差異較大的纖維混紡時(shí)，依據(jù)纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同對(duì)碳纖維進(jìn)行定量鑒別；當(dāng)碳纖維與化學(xué)性能差異較大的纖維混紡時(shí)，通過化學(xué)溶解的方法進(jìn)行定量鑒別。首先得出碳纖維在各種試劑條件下的質(zhì)量修正系數(shù)，然后再根據(jù)得到的質(zhì)量修正系數(shù)合理的設(shè)置碳纖維與其他纖維混紡樣品的定量分析方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，定量實(shí)驗(yàn)