聚丙烯腈基炭纤维中微孔的演变规律
来源期刊：新型炭材料2010年第1期
论文作者：郭玉明 李永红 李登华 李秀涛 冯志海 贺福 吴刚平 吕春祥
关键词：炭纤维; 微孔; 分形维数; X射线小角散射; Carbon fibers; Microvoids; Fractal dimension; Small angle X-ray scattering;
摘 要：利用二维小角X射线散射技术(SAXS),结合纤维孔结构解析理论及分形原理得到了炭纤维形成过程中纺丝、预氧化、低温和高温炭化等四个阶段样品的微孔结构信息.结果表明:原丝中孔隙沿纤维轴向择优取向,呈长梭状,其长轴与短轴的平均尺寸分别为24.3 nm和19.2 nm,长径比为1.27.遗留到预氧化阶段的原丝孔洞使得预氧化纤维出现高达1.85的长径比极大值,这可能与原丝线性结构向预氧丝耐热梯形结构转化有关.炭化阶段微孔尺寸迅速减小,长轴、短轴分别达到3.56 nm和2.85 nm左右,长径比也减小至1.24.分形状态研究表明:表面分形维数D_S值介于2.42～2.88之间,且随工艺的进行逐渐增大,低温炭化阶段变化幅度较大,说明各级产品在微观结构上越来越复杂,亦证明低温炭化是促进炭纤维微观结构转变的重要的工艺段.
郭玉明1，李永红2，李登华2，李秀涛1，冯志海1，贺福2，吴刚平2，吕春祥2
(1.中国航天科技集团公司第一研究院,航天材料及工艺研究所,北京,100076;
2.中国科学院山西煤炭化学研究所,中国科学院炭材料重点实验室,山西,太原,030001;
3.中国科学院,研究生院,北京,100049)
摘要:利用二维小角X射线散射技术(SAXS),结合纤维孔结构解析理论及分形原理得到了炭纤维形成过程中纺丝、预氧化、低温和高温炭化等四个阶段样品的微孔结构信息.结果表明:原丝中孔隙沿纤维轴向择优取向,呈长梭状,其长轴与短轴的平均尺寸分别为24.3 nm和19.2 nm,长径比为1.27.遗留到预氧化阶段的原丝孔洞使得预氧化纤维出现高达1.85的长径比极大值,这可能与原丝线性结构向预氧丝耐热梯形结构转化有关.炭化阶段微孔尺寸迅速减小,长轴、短轴分别达到3.56 nm和2.85 nm左右,长径比也减小至1.24.分形状态研究表明:表面分形维数D_S值介于2.42～2.88之间,且随工艺的进行逐渐增大,低温炭化阶段变化幅度较大,说明各级产品在微观结构上越来越复杂,亦证明低温炭化是促进炭纤维微观结构转变的重要的工艺段.
关键词:炭纤维; 微孔; 分形维数; X射线小角散射; Carbon fibers; Microvoids; Fractal dimension; Small angle X-ray scattering;
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