三种国产聚丙烯腈基高强高模碳纤维的结构与性能

以实验室自制的三种国产聚丙烯腈(PAN)基高强高模碳纤维为原料,利用扫描电镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)、X射线衍射(XRD)以及拉曼光谱等测试手段,对比研究了三种碳纤维的内部微观特征结构,并通过软件分析建立了碳纤维内部微观结构与宏观性能之间的定量函数关系。结果显示:随着碳纤维模量增加,纤维内部石墨晶粒尺寸几乎趋于一致,且石墨晶粒之间排列紧密;XRD图谱中002特征峰峰位角会随着模量提高逐渐向高角度迁移;碳纤维拉曼光谱上的D峰和G峰宽度均随模量增加而明显减小;随着纤维直径增加,碳纤维拉伸强度逐渐提高、拉伸模量逐渐下降;碳纤维的拉伸强度与石墨微晶层间距(d_(002))、微晶堆砌厚度(L_(c))存在线性关系,随着d_(002)下降、L_(c)的增加,纤维拉伸强度线性下降;而碳纤维拉伸模量会随着d_(002)下降、L_(c)增加而提高;与碳纤维拉伸模量相比,纤维拉伸强度与纤维表面无序化程度具有更高的关联性。