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关键词：
红外光谱,藓类,系统学,分级聚类分析,主成分分析
发表时间：
2011-12-27 16:34:46
用RAMAN光谱研究碳纤维皮芯结构随热处理温度的演变规律
吴小朵 | -> | 1032| 3| 0.419289MB |碳纤维,皮芯结构,Raman光谱,热处理温度
摘 要 用Raman 光谱研究碳纤维经不同温度热处理后其皮芯结构的演变规律。结果发现: 随着热处理温
度的提高, 碳纤维表面和内部的Raman 光谱具有相似的变化趋势。同时, 表征碳纤维表面和内部石墨化程
度的Rs 与Rc 值均越来越小, 且Rs 值减小得更快, 说明碳纤维的石墨化程度越来越高, 并且表面的石墨化程度提高的更快, 这是因为碳纤维表面和内部的碳有着不同的石墨化物性。前者接近于软碳, 易于石墨化;后者接近于硬碳, 难于石墨化, 可能是树脂碳。文章提出并采用皮芯结构因子Rsc ( = Rs / Rc ) 来表征了碳纤维的皮芯结构程度。当Rsc等于1 时, 碳纤维是完全均质的。随着热处理温度的升高, 碳纤维的Rsc趋向于零,说明其皮芯结构越来越严重。碳纤维的皮芯结构加重是最终导致其抗拉强度不断降低的原因之一。
度的提高, 碳纤维表面和内部的Raman 光谱具有相似的变化趋势。同时, 表征碳纤维表面和内部石墨化程
度的Rs 与Rc 值均越来越小, 且Rs 值减小得更快, 说明碳纤维的石墨化程度越来越高, 并且表面的石墨化程度提高的更快, 这是因为碳纤维表面和内部的碳有着不同的石墨化物性。前者接近于软碳, 易于石墨化;后者接近于硬碳, 难于石墨化, 可能是树脂碳。文章提出并采用皮芯结构因子Rsc ( = Rs / Rc ) 来表征了碳纤维的皮芯结构程度。当Rsc等于1 时, 碳纤维是完全均质的。随着热处理温度的升高, 碳纤维的Rsc趋向于零,说明其皮芯结构越来越严重。碳纤维的皮芯结构加重是最终导致其抗拉强度不断降低的原因之一。
PAN 基碳纤维具有高强、高模、轻质、耐腐蚀等一系列的优异性能, 因此广泛应用于航天航空等军事领域和民用工业, 是典型的军民两用新材料。碳纤维的皮芯结构始于预氧化过程中, 后经炭化皮芯结构先是变得严重而后又减弱, 但皮芯结构仍然保留在纤维中, 这方面已有人做过大量的工作, 研究了碳纤维的预氧化及碳化后其皮芯结构的变化和对碳纤维力学性能的影响[1-7 ] , 而对于高温石墨化后碳纤维的皮芯结构的变化及其对力学性能的影响的研究则相对较少。
Raman 光谱已被广泛用来研究碳材料包括碳纤维在内的微细结构[8-14 ] 。它测试的深度距表面几十纳米左右, 通过Raman 光谱分析, 可以研究表面碳结构的石墨化度或有序化程度。具有类石墨平面结构的炭材料的激光拉曼光谱一般存在两个峰, 在1 580 cm- 1处的G峰被指认为s p2 电子结构的
E2g联合振动模式, 对应石墨片层的芳环结构碳; 在1 360cm- 1处的D 峰被指认为类金刚石碳s p3 电子结构的A1g联合振动模式, 对应石墨片层的边缘碳和无序碳。两峰的积分强度比率ID/ IG (用R 表示) 与网平面上微晶的平面尺寸或无缺陷区域成反比关系, 即R 值越小, 微晶越大, 结晶越完整,石墨化程度越高[15 ] 。因此常用R 值的大小来评价材料的石墨化程度。对于碳纤维的二级拉曼光谱的研究则相对较少[16 ] 。
本文借助于Raman 光谱研究了经1 600～2 800 ℃高温处理碳纤维的表面与内部的微观结构, 比较经不同高温石墨化后碳纤维皮芯结构的变化, 分析皮芯结构对碳纤维力学性能的影响。
Raman 光谱已被广泛用来研究碳材料包括碳纤维在内的微细结构[8-14 ] 。它测试的深度距表面几十纳米左右, 通过Raman 光谱分析, 可以研究表面碳结构的石墨化度或有序化程度。具有类石墨平面结构的炭材料的激光拉曼光谱一般存在两个峰, 在1 580 cm- 1处的G峰被指认为s p2 电子结构的
E2g联合振动模式, 对应石墨片层的芳环结构碳; 在1 360cm- 1处的D 峰被指认为类金刚石碳s p3 电子结构的A1g联合振动模式, 对应石墨片层的边缘碳和无序碳。两峰的积分强度比率ID/ IG (用R 表示) 与网平面上微晶的平面尺寸或无缺陷区域成反比关系, 即R 值越小, 微晶越大, 结晶越完整,石墨化程度越高[15 ] 。因此常用R 值的大小来评价材料的石墨化程度。对于碳纤维的二级拉曼光谱的研究则相对较少[16 ] 。
本文借助于Raman 光谱研究了经1 600～2 800 ℃高温处理碳纤维的表面与内部的微观结构, 比较经不同高温石墨化后碳纤维皮芯结构的变化, 分析皮芯结构对碳纤维力学性能的影响。
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