小角X射线散射对不同碳纤维的比较和分析

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:nathan_zk
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聚丙烯腈(PAN)基碳纤维作为一种高强度和高模量的增强型与功能型高性能碳纤维材料,在航空航天、国防军工等领域及文体用品、机械设备、汽车工业、建筑材料等方面应用。碳纤维中的微孔缺陷是在生产过程中造成的结构单元的堆积不完美形成的,它也是制约碳纤维性能的主要因素之一,所以对碳纤维微观结构的准确定量的表征是研究和提高碳纤维性能的前提。由于聚丙烯腈基碳纤维的制备过程复杂、工艺流程长,导致引起纤维性能明显下降的众多结构缺陷十分复杂。而其中的微观孔洞是引起材料内部应力集中的主要原因。因而一直倍受重视的研究对象。目前国内通常采用的一些常规方法有:透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、压汞仪以及X射线小角散射等来对微孔洞进行表征。其中小角X射线散射(SAXS)是一种现代物理结构分析方法,凡是存在纳米尺度的电子密度不均匀区的物质经X射线照射后在原光束附近,零至5度范围内均会产生小角散射现象。因此,小角X射线散射尤其适合于对纳米、多孔材料的微孔结构研究。但长期以来,由于小角X射线散射的相关理论较为复杂以及分析方法还不成熟、不完善。尤其针对碳纤维材料的研究尚处于摸索阶段。本文利用小角X射线散射的优势并结合碳纤维的结构特点,通过得到角度强度以及微孔尺寸分布曲线的方法研究了不同碳纤维式样中微孔特征。实验结果表明,通过散射强度与角度的曲线对比,说明了国产丝和日本丝在微观孔洞上的差异,日本的原丝到碳丝的散射强度都高于国产丝。通过对两种纤维的微孔尺寸的曲线对比,表明两种纤维在不同的生产工艺过程中从原丝到碳丝的微孔洞演变的差异,在一定程度上反映出了我国和日本的纤维从原丝到碳丝的孔洞分布上的差异并结合工艺分析其产生的原因。
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