俄羅斯正在研究開發(fā)碳纖維微觀結(jié)構(gòu)

俄羅斯用于宇航工業(yè)的碳纖維復(fù)合材料有多個品種，有碳塑料型的，是直接壓制法制造；有碳纖維機織物或碳纖維針織物，經(jīng)酚醛樹脂改性浸漬后卷繞而成的，等等。在零件制造過程中，復(fù)合材料會出現(xiàn)內(nèi)部的層離現(xiàn)象，這與碳纖維復(fù)合材料的不均勻性和各向異性有關(guān)。近年不同企業(yè)，采用不同工藝生產(chǎn)的碳纖維及其織物品質(zhì)參差不齊，把它們用于火箭、無線電宇航技術(shù)的復(fù)合材料時，使用單位需要對其生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)批次進行優(yōu)選，才能保證品質(zhì)和性能的可靠。

俄羅斯烏拉爾化學(xué)科學(xué)研究院等科研院所對不同產(chǎn)地的粘膠基碳纖維、粘膠基碳纖維織物，共計六種，進行了微觀結(jié)構(gòu)上的分析研究。三種碳纖維的生產(chǎn)廠商分別為俄羅斯薩拉多夫州巴拉科夫材料廠股份公司、白俄羅斯光明山《化纖》生產(chǎn)聯(lián)合體、白俄羅斯莫吉廖夫人造纖維廠。三種碳纖維織物的生產(chǎn)廠商均為白俄羅斯光明山《化纖》生產(chǎn)聯(lián)合體。研究采用熱解質(zhì)量分析法、水銀孔率測定法、電子顯微鏡法，樣品長度2-3mm。 本文來自123

將樣品加熱，三種碳纖維在25℃-120℃時，分別出現(xiàn)7.3%-9.1%的質(zhì)量損失，其原因是水氣排出，或其他揮發(fā)物質(zhì)排出。而三種碳織物在上述溫度下未見質(zhì)量損失。全部樣品進一步加熱達600℃，質(zhì)量損失不大。在更高溫度下的質(zhì)量變化發(fā)生在氧化過程中，受氧氣的影響。熱解質(zhì)量分析證明，碳纖維有孔，其中吸附的水氣和揮發(fā)物質(zhì)在加熱時可分解，孔的尺寸從0.3-10微米，組成所有孔容積的基本部分。還發(fā)現(xiàn)，碳纖維存在為數(shù)不多的納米孔，直接分布于纖維體中。雖然碳纖維和碳纖維織物的樣品都有孔，但結(jié)構(gòu)有所不同。電子顯微鏡照片可見，碳纖維織物由單纖維組成，這種單纖維表面光滑，可見的孔僅在纖維表面端部，因此熱解質(zhì)量分析時，直至500℃，纖維質(zhì)量都未見損失。 本文來自123

碳纖維孔中的可揮發(fā)物質(zhì)，在后序的熱加工過程中，可能會出現(xiàn)某些無法預(yù)料的“復(fù)雜性”，吸附—解吸過程發(fā)生在碳纖維復(fù)合材料或碳纖維預(yù)浸漬體的高溫加工時，使加工成品品質(zhì)變差，在加熱加壓后，被吸附的物質(zhì)從材料中分離出來，積累在纖維表面區(qū)域，形成有機顆粒，這樣增大了應(yīng)力集中的概率，會在碳纖維復(fù)合材料中形成缺陷或疵點。

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對于這種碳纖維復(fù)合材料，不適合使用材料硬度檢驗。采用可溶性有機溶劑，萃取劑是丙酮、乙醇、揮發(fā)性碳氫化合物，吸附進纖維孔中，干燥時不會被排除。精確了解碳纖維結(jié)構(gòu)和吸附性質(zhì)的數(shù)據(jù)，有助于碳纖維復(fù)合材料的質(zhì)檢分析，正確執(zhí)行零件制造工藝中的校正規(guī)程，以求使宇航工業(yè)精密零件的缺陷與不足，降至最低水平。 copyright 123456