石墨化温度对炭纤维微观结构及其力学性能的影响.pdfVIP

第# 卷! 第 期 新! 型! 炭! 材! 料 FB/ #! 2B/ ! ##$ 年( 月 2K 17LM2 51:7?1C4 @I*/ ##$ ! 文章编号：! )##,!’’, （##$ ）#!#)$,!#, 石墨化温度对炭纤维微观结构及其 力学性能的影响 )， ) ) ) ) ) 王浩静 ，! 王红飞 ，! 李东风 ，! 朱星明 ，! 贺! 福 ，! 王心葵 （)/ 中国科学院 山西煤炭化学研究所，山西 太原 #%### )；! / 中国科学院研究生院，北京 )###%* ） 摘! 要：! 以通用型012 基炭纤维为原材料，通过) ’## 3 - % ### 3 连续高温石墨化处理，制备了不同性能的炭 （石墨）纤维；采用45 、678 、71512 、元素分析仪、万能材料测试机等分析手段研究了石墨化温度对炭（石墨）纤 维微观结构、元素含量、表面形态及其力学性能的影响。实验表明：随着热处理温度的提高，炭纤维中非碳元素 （氮、氢）的含量逐渐减少而碳元素质量分数却从* / ( 9 增加到** / ** 9 ；纤维的微观结构也从二维乱层石墨结构 向有序的三维层状结构发展，表现为石墨晶体层间距!## 随处理温度的提升逐渐减小、!)## 和!))# 与$ 和. 不断增 大，纤维抗拉强度呈下降趋势、弹性模量呈上升趋势。 关键词： ! 炭（石墨）纤维；石墨化；微观结构；力学性能 中图分类号：! :; % . / , 文献标识码：! 1 )! 前言 ! 实验材料与方法 人类自)’,* 年发明和利用炭纤维以来，迄今已 ! #$ 实验材料 ［)］ 有)# 余年的历史 。近年来随着化工、机械、建 采用进口某品牌通用型012 基炭纤维（简称： 筑、冶金、核电、尤其是航空航天等工业的飞速发展， 012!=, ）。 炭纤维作为新一代的结构材料和功能材料，以其高 ! !$ 高模量%’()*+ 的制备 强度、高模量、低密度、低膨胀、耐高温、耐摩擦、耐冲 采用自制连续化石墨化炉及中试平台，通过控 击、耐腐蚀、耐疲劳、自润滑、导热、导电等其他材料 制不同石墨化温度（) ’## 3 - % ### 3 ）、在同一走 无法比拟的优异特性可以被应用到许多领域［ ］，引 丝速度和热牵伸等其他工艺参数下制得不同性能的 ［%!) ］ 起了人们的普遍关注。 高模型炭纤维也称为石 高模量012!=, 。 墨纤维，是一种在炭化后再经 ## 3 以上高温石墨 ! ,$ %’()*+ 的力学性能测试 化处理而得到的具有较高强度和极高模量的增强材 采用日本岛津1!? 型复丝强力仪测定并计算 料。由于生产石墨纤维需要高温技术和高温设备， 出石墨纤维的抗拉强度、弹性模量及断裂伸长率。 技术含量高，条件苛刻，再加上核心技术难以引进， ! -$ %’()*+ 微观形貌观察和元素分析 至今我国未能形成规模化生产。 012!=, 的表面微观形貌观察在 @ABC @45! 为了研制高模量炭纤维，本课题组经过长期实 (%(# 型45 扫描电镜上进行；采用德国A#A*D$E 验研究，自行设计研制了高温石墨化设备，经过数千 F$E%B C 型元素分析仪测定= 中的 、2 、G 三种 次的实验取样研究和改进，攻克了连续石墨化生产 元素的含量。 中面临的温度、热牵伸、走丝速度、催化石墨化、表面 ! .$