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文檔簡介
1、炭纖維具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)以及耐化學(xué)腐蝕性能,是一種先進(jìn)的增強體材料,廣泛應(yīng)用于航空航天、機械、電子、能源等領(lǐng)域,成為了一種代表國家科技和應(yīng)用水平戰(zhàn)略性材料。因此,隨著國內(nèi)先進(jìn)炭纖維生產(chǎn)技術(shù)的提升,利用國產(chǎn)纖維替代進(jìn)口纖維,確保我國在國防軍工領(lǐng)域以及相關(guān)民用產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,已逐漸成為可能。
本文對比研究了三種國產(chǎn)炭纖維與國外同級別纖維。掌握國產(chǎn)炭纖維與進(jìn)口纖維結(jié)構(gòu)與性能的差異。分別采用硝酸、混酸和空氣氧化對兩款國產(chǎn)纖維和
2、進(jìn)口纖維進(jìn)行改性處理,探討了炭纖維在不同條件處理后的表面成分和微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律。主要結(jié)論如下:
1、國產(chǎn)炭纖維表面溝槽結(jié)構(gòu)尺度較大,尤其是ST300纖維會遺傳一條較深的溝槽,拉伸強度只有2.7GPa,且CV值高達(dá)7.5%,性能穩(wěn)定性較差;國產(chǎn)CCF300纖維的力學(xué)性能達(dá)到3.31GPa,基本達(dá)到日本T300的水平,但纖維的均勻性依然有不足;而國產(chǎn)CCF700纖維與進(jìn)口T700纖維在性能及穩(wěn)定性方面都存在較大的差距。
3、 2、國產(chǎn)炭纖維的晶面間距、疊層厚度和微晶尺寸均小于同等級T300和T700纖維的。ST300炭纖維的R值達(dá)到2.83,說明其表面的有序度最差,而T700的有序度最好。另外,T300和T700的無定型碳或者某些有機官能團(tuán)的含量比國產(chǎn)纖維要高,表明進(jìn)口纖維的表面活性更高。
3、未氧化處理的炭纖維表面已經(jīng)存在大量含氧基團(tuán)。進(jìn)口纖維表面的C-OR、C=O基團(tuán)含量較高,國產(chǎn)纖維表面的COOR含量較高。
4、CCF700炭纖維
4、在80℃硝酸氧化處理時,隨氧化時間的延長,炭纖維的拉伸強度先下降,后上升,繼續(xù)氧化,性能顯著下降。其中,經(jīng)80℃,60min和100℃,90min處理后,炭纖維的拉伸強度比未氧化處理時都有略微提高?;焖崽幚?0min內(nèi),拉升強度變化不大,模量顯著下降。
5、當(dāng)國產(chǎn)CCF700炭纖維硝酸氧化時間一定時,隨氧化溫度升高,纖維整體和表面的氧含量都增加,整體的含量明顯低于表面,但增幅高于表面;當(dāng)經(jīng)80℃處理后,隨氧化時間的延長,整體氧
5、含量增加,但表面氧含量略有下降,氮含量變化有波動?;焖崽幚砗螅鹾匡@著增加,氮含量變化不明顯。在炭纖維液相氧化處理時,不僅會引入新的基團(tuán),還會發(fā)生低活性基團(tuán)向更高活性基團(tuán)轉(zhuǎn)變的過程。硝酸氧化后,纖維表面無序度降低,混酸處理后,增加。
6、對CCF300炭纖維氧化處理后,隨氧化溫度升高,比表面積增加;孔總體積和中孔體積先下降后上升,微孔體積增幅超過70%;總平均孔徑先下降后增加。隨氧化時間延長,纖維比表面積先增加,120min
6、后下降到0.980 m2/g;中孔、微孔以及總的孔體積都先上升后下降;平均孔徑從7.145nm降為3.511nm??諝庋趸幚砗?,纖維比表面積增加27倍以上,總孔體積增加7倍以上,平均孔徑減小到2.189nm,中孔和微孔孔體積增加,微孔平均孔徑減小。
7、纖維經(jīng)硝酸和空氣氧化處理后,氧含量都增加,纖維活性增大。但空氣氧化處理對增強纖維表面活性的效果不如硝酸氧化處理。且空氣氧化處理主要增加C-OR和C=O結(jié)構(gòu),COOR含量減少。
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