利用扫描电子显微镜研究聚丙烯腈基碳纤维的形态结构.pdfVIP

12 合成纤维Synthetic Fiber in China 2012 年第41 卷第7 期 利用扫描电子显微镜研究聚丙烯腈基碳纤维的形态结构 管建敏，钱 鑫，支建海，陈礼群，李德宏 （中国科学院宁波材料技术与工程研究所碳纤维制备技术国家工程实验室， 浙江宁波 315201） 摘 要：采用扫描电子显微镜（SEM）研究了聚丙烯腈（PAN）基原丝及其碳纤维的缺陷和表面沟槽等 形态结构，并分析了表面处理后碳纤维与树脂基体的结合状态。结果显示：SEM 可以直观地观察到PAN 原丝及其碳纤维的表面及内部缺陷，这些缺陷主要遗传自原丝；经表面处理后，碳纤维与树脂基体间结 合程度和强度显著提高。 关键词：碳纤维；扫描电子显微镜；缺陷；形态结构 中图分类号：TQ342.742 文献标识码：A 文章编号：1001-7054 （2012）07-0012-03 聚丙烯腈（PAN）基碳纤维是以PAN 原丝为 1 试验 原料，经过一系列热处理过程制得的含碳量在质量 分数90 % 以上的无机炭化纤维材料。它具有拉伸 1.1 材料 强度高、相对密度小、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系 国产PAN 原丝，规格6 K。PAN 基碳纤维， 数小等优点 [1] 。与用其它原料，如粘胶、沥青等制 包括3 种试样，即日本东丽公司生产的T800 碳纤 备的碳纤维相比，PAN 基碳纤维的综合性能最好。 维（规格 12 K）及国内不同生产厂家提供的 1#、 目前全球13 家大型碳纤维生产企业中，以PAN 原 2# 碳纤维（规格6 K）。 丝为原料生产碳纤维的占据了9 家，PAN 基碳纤维 1.2 仪器及制样 的产量占当前世界碳纤维总产量的90 % 以上 [2-3] 。 使用场发射扫描电镜 (SEM) 对碳纤维表面形 扫描电子显微镜（SEM）是有别于透射电子显 貌进行分析。测试前，利用导电胶将碳纤维样品黏 微镜和光学显微镜的一种微观观察仪器，它可以将 贴固定于样品台上，并对样品进行喷金处理。 样品表面形貌进行微观成像 [4] ，具有成像细致清 使用Instron 3366 型万能材料试验机测试碳纤 晰、分辨率高、放大倍数高、可直接探测表面成分 维复合材料的层间剪切强度。 等优点 [5] 。碳纤维优良的性能取决于其本身的形态 2 结果与讨论 结构，而碳纤维的结构则又主要遗传于其前驱 体—— —原丝。原丝的结构优异成为制备高性能碳纤 2.1 SEM 研究PAN 原丝及其碳纤维的表面及内部 维的关键。本文主要利用SEM 作为研究手段，研 缺陷结构 究了PAN 原丝及其碳纤维的形态结构以及表面处 图1 为PAN 原丝的表面及内部结构中主要存 理后碳纤维与树脂基体的结合状态。 在的几种缺陷的 SEM 照片。原丝的表面沉积物 （图1a）产生的原因，可能在于凝固浴中存在溶胶 块，纺丝过程中凝胶块黏附于纤维表面从而产生表 收稿日期：2012-05-14 修回日期：2012-05-29 面沉积物 [6] 。原丝表面孔洞（图 1b）则可能是由 作者简介：管建敏（1986— ），助理工程师，主要从事PAN 基碳纤 维研究工作。 2012, 41(7) 管建敏，钱 鑫，支建海，等. 利用扫描电子显微镜研究聚丙烯腈基碳纤维的形态结构