國(guó)產(chǎn)炭纖維的表面氧化改性及其機(jī)理研究.pdf

1、炭纖維具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)以及耐化學(xué)腐蝕性能，是一種先進(jìn)的增強(qiáng)體材料，廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械、電子、能源等領(lǐng)域，成為了一種代表國(guó)家科技和應(yīng)用水平戰(zhàn)略性材料。因此，隨著國(guó)內(nèi)先進(jìn)炭纖維生產(chǎn)技術(shù)的提升，利用國(guó)產(chǎn)纖維替代進(jìn)口纖維，確保我國(guó)在國(guó)防軍工領(lǐng)域以及相關(guān)民用產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，已逐漸成為可能。
　　本文對(duì)比研究了三種國(guó)產(chǎn)炭纖維與國(guó)外同級(jí)別纖維。掌握國(guó)產(chǎn)炭纖維與進(jìn)口纖維結(jié)構(gòu)與性能的差異。分別采用硝酸、混酸和空氣氧化對(duì)兩款國(guó)產(chǎn)纖維和

2、進(jìn)口纖維進(jìn)行改性處理，探討了炭纖維在不同條件處理后的表面成分和微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律。主要結(jié)論如下:
　　1、國(guó)產(chǎn)炭纖維表面溝槽結(jié)構(gòu)尺度較大，尤其是ST300纖維會(huì)遺傳一條較深的溝槽，拉伸強(qiáng)度只有2.7GPa，且CV值高達(dá)7.5％，性能穩(wěn)定性較差;國(guó)產(chǎn)CCF300纖維的力學(xué)性能達(dá)到3.31GPa，基本達(dá)到日本T300的水平，但纖維的均勻性依然有不足;而國(guó)產(chǎn)CCF700纖維與進(jìn)口T700纖維在性能及穩(wěn)定性方面都存在較大的差距。
　

3、　2、國(guó)產(chǎn)炭纖維的晶面間距、疊層厚度和微晶尺寸均小于同等級(jí)T300和T700纖維的。ST300炭纖維的R值達(dá)到2.83，說(shuō)明其表面的有序度最差，而T700的有序度最好。另外，T300和T700的無(wú)定型碳或者某些有機(jī)官能團(tuán)的含量比國(guó)產(chǎn)纖維要高，表明進(jìn)口纖維的表面活性更高。
　　3、未氧化處理的炭纖維表面已經(jīng)存在大量含氧基團(tuán)。進(jìn)口纖維表面的C-OR、C=O基團(tuán)含量較高，國(guó)產(chǎn)纖維表面的COOR含量較高。
　　4、CCF700炭纖維

4、在80℃硝酸氧化處理時(shí)，隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，炭纖維的拉伸強(qiáng)度先下降，后上升，繼續(xù)氧化，性能顯著下降。其中，經(jīng)80℃，60min和100℃，90min處理后，炭纖維的拉伸強(qiáng)度比未氧化處理時(shí)都有略微提高?；焖崽幚?0min內(nèi)，拉升強(qiáng)度變化不大，模量顯著下降。
　　5、當(dāng)國(guó)產(chǎn)CCF700炭纖維硝酸氧化時(shí)間一定時(shí)，隨氧化溫度升高，纖維整體和表面的氧含量都增加，整體的含量明顯低于表面，但增幅高于表面;當(dāng)經(jīng)80℃處理后，隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，整體氧

5、含量增加，但表面氧含量略有下降，氮含量變化有波動(dòng)?；焖崽幚砗?，氧含量顯著增加，氮含量變化不明顯。在炭纖維液相氧化處理時(shí)，不僅會(huì)引入新的基團(tuán)，還會(huì)發(fā)生低活性基團(tuán)向更高活性基團(tuán)轉(zhuǎn)變的過(guò)程。硝酸氧化后，纖維表面無(wú)序度降低，混酸處理后，增加。
　　6、對(duì)CCF300炭纖維氧化處理后，隨氧化溫度升高，比表面積增加;孔總體積和中孔體積先下降后上升，微孔體積增幅超過(guò)70％;總平均孔徑先下降后增加。隨氧化時(shí)間延長(zhǎng)，纖維比表面積先增加，120min

6、后下降到0.980 m2/g;中孔、微孔以及總的孔體積都先上升后下降;平均孔徑從7.145nm降為3.511nm?？諝庋趸幚砗螅w維比表面積增加27倍以上，總孔體積增加7倍以上，平均孔徑減小到2.189nm，中孔和微孔孔體積增加，微孔平均孔徑減小。
　　7、纖維經(jīng)硝酸和空氣氧化處理后，氧含量都增加，纖維活性增大。但空氣氧化處理對(duì)增強(qiáng)纖維表面活性的效果不如硝酸氧化處理。且空氣氧化處理主要增加C-OR和C=O結(jié)構(gòu)，COOR含量減少。