發(fā)布時間：2018-01-15 10:43

  本文關鍵詞：T800級碳纖維及石墨纖維微觀結構的表征與性能分析　出處：《西南科技大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 碳纖維 微觀結構 均質(zhì)化程度 力學性能

【摘要】：高性能碳纖維具有輕質(zhì)高強、超高模量及低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點,是航天航空領域的關鍵材料,在國防經(jīng)濟建設中有著廣泛用途。本文采用掃描電鏡(SEM)、拉曼光譜儀(Raman)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)及原子力顯微鏡(AFM)分別對三種高強系列碳纖維、三種高模系列石墨纖維的形貌、晶體結構、皮芯結構和相對硬度等微觀結構進行了綜合研究。提出了一種用于拉曼光譜和透射電鏡測試的碳纖維截面(剖面)樣品的制備方法,并著重利用拉曼光譜對日本東麗T800S及兩種國產(chǎn)T800級碳纖維的徑向、軸向及赤道方向均質(zhì)化程度進行了表征分析,同時,結合TEM對三者的皮芯結構進行了研究,以期為我國高性能碳纖維的生產(chǎn)提供一定理論參考。SEM結果表明:東麗T800S的表面光滑,兩種國產(chǎn)T800級碳纖維表面存在沿軸向取向性較好的溝槽,三者截面呈近圓形,其中東麗T800S截面圓度最高。三種高模系列石墨纖維表面溝槽比高強系列碳纖維深,且截面圓度比高強系列低,表面光滑度和圓度從大到小的順序均為P311FCCM46JCCM40J,說明P311F石墨纖維的表面結構最致密,推測其石墨化溫度最高。Raman光譜和TEM結果均表明,三種T800級碳纖維都存在一定的皮芯結構,JHT55的芯部直徑約為1.60~1.78μm,而T800S和P278F的芯部直徑均為1.13~1.60μm。此外,三種高強系列碳纖維皮層在赤道方向的也有一定的不均勻性,但東麗T800S整體的均一化程度遠遠優(yōu)于兩種國產(chǎn)碳纖維。三種高模系列石墨纖維的石墨化程度較高,從CCM40J到P311F,晶格條紋排列規(guī)整度增大,說明P311F石墨纖維接近理想石墨結構,拉伸模量較高。高強系列碳纖維中東麗T800S的微晶尺寸最大,且內(nèi)部孔隙率低,這是其保持高強度的同時保持較高模量的重要原因。三種高模系列石墨纖維中,P311F石墨纖維的晶面間距d002最小,且三者的孔隙率從CCM40J、CCM46J到P311F依次降低。高強系列、高模系列碳纖維的硬度關系分別為:T800SP278FJHT55,P311FCCM46JCCM40J,與拉伸模量大小關系一致,表明用AFM表征碳纖維的硬度可在一定程度上反映其拉伸模量大小。碳纖維的宏觀力學性能是由其微觀結構綜合決定的,表面光潔、細旦化、提高均質(zhì)化程度、保留一定的非晶結構,有利于提高碳纖維強度;增大微晶尺寸、提高石墨層沿纖維軸的取向度、降低孔隙率,有利于提高石墨纖維的模量。
[Abstract]:High performance carbon fiber has high strength, high modulus and low thermal expansion coefficient and other advantages, is a key material in aerospace field, are widely used in the construction of national defense economy. In this paper, by using scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy (Raman), transmission electron microscopy (TEM), X ray diffraction (XRD) and atomic force microscope (AFM) respectively on the three series of high-strength carbon fiber, morphology, three kinds of high modulus graphite fiber series, crystal structure, skin core structure and the relative hardness and microstructure have been studied. A method for carbon fiber Raman spectroscopy and transmission electron microscopy test section is presented (section) preparation method the sample, and focused on the use of Raman spectroscopy in radial Japan Dongli T800S and two kinds of domestic T800 carbon fiber, axial and equatorial direction homogenization degree are analyzed, at the same time, combined with the skin core structure of three TEM were studied, in order for me The high performance carbon fiber production and provide a theoretical reference.SEM the results showed that the surface of Dongli T800S smooth, two kinds of surface made of T800 carbon fiber has good axial orientation along the trench, the three section is nearly circular, with the Dongli T800S circle section is the highest. Three series of high modulus graphite fiber surface groove than high strength a series of carbon fiber, and the section roundness ratio high strength low, surface smoothness and roundness of order from large to small was P311FCCM46JCCM40J, indicating the surface structure of P311F graphite fiber is the most dense, that the highest graphitization temperature.Raman spectra and TEM results showed that three kinds of T800 carbon fiber has skin core the structure of the JHT55 core diameter is about 1.60~1.78 m, and T800S and P278F core diameter of 1.13~1.60 M. in the three series of high strength carbon fiber cortex in the equatorial direction also has a certain uniformity, but Dongli T800S homogenization overall is much better than that of two kinds of carbon fiber. Three kinds of high modulus graphite fiber series high graphitization degree, from CCM40J to P311F, lattice fringe ordered degree increases, indicating that P311F is close to the ideal structure of graphite graphite fiber, the tensile modulus is higher. The crystallite size of high strength carbon fiber series of Middle East Li T800S the maximum, and this is the low porosity, high strength and high modulus. The main reason of the three series of high modulus graphite fiber, P311F graphite fiber spacing D002 minimum, and the three porosity from CCM40J, CCM46J to P311F. In order to reduce the high strength and high modulus carbon fiber series, series of the relationship between hardness were: T800SP278FJHT55, P311FCCM46JCCM40J, and the tensile modulus size consistent, characterized by AFM showed that the hardness of carbon fiber can to some extent reflect the tensile modulus of carbon fiber size. The macro mechanical performance is decided by its microscopic structure, smooth surface, fine denier, improve the homogenization degree, retained amorphous structure, is conducive to enhance the strength of carbon fiber; increasing the crystallite size, improve the graphite layer along the fiber axis orientation degree, reduce the porosity can improve graphite fiber modulus.

【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ342.74

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本文編號：1428014