PAN基碳纖維表面結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、碳纖維表面結(jié)構(gòu)包括物理形貌、表面碳結(jié)構(gòu)及含氧化學(xué)結(jié)構(gòu)等，對(duì)復(fù)合材料的界面性能有著極其重要的影響。在以往的研究中較少涉及到這三種表面結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，尤其是物理形貌以及表面碳結(jié)構(gòu)對(duì)含氧化學(xué)結(jié)構(gòu)生成及演變的影響，而這部分內(nèi)容對(duì)碳纖維表面結(jié)構(gòu)研究以及表面處理工作均有著重要的意義。
　　 本論文通過高溫?zé)崽幚硎侄蔚玫讲煌砻嫣冀Y(jié)構(gòu)的碳纖維，對(duì)濕法和干濕法紡制原絲進(jìn)行預(yù)氧化、碳化得到不同物理形貌的碳纖維，然后對(duì)不同表面碳結(jié)構(gòu)和不同物理形貌的碳

2、纖維分別進(jìn)行了電化學(xué)氧化處理。利用Raman、XRD研究了碳纖維表面碳結(jié)構(gòu)的演變，利用SEM和AFM研究了碳纖維物理形貌結(jié)構(gòu)差異，利用XPS研究了電化學(xué)氧化前后O/C及含氧官能團(tuán)的變化情況，分析了碳纖維表面碳結(jié)構(gòu)和物理形貌對(duì)電化學(xué)氧化行為以及含氧化學(xué)結(jié)構(gòu)生成及演變的影響。研究結(jié)果表明:
　　 經(jīng)過電化學(xué)氧化后，碳纖維表面O/C大幅增加，隨石墨化程度的提高，這種增加的幅度逐漸減小;對(duì)于相同電流密度處理的碳纖維，其表面O/C則隨石墨

3、化程度的提高而降低。本文定義石墨化度值G，用來代表不同表面碳結(jié)構(gòu)的碳纖維，其中G值是碳纖維Raman光譜中G峰和D峰的面積比。在G=1.47左右時(shí)，以上兩種變化趨勢(shì)均有突變的現(xiàn)象，其中G＜1.47的碳纖維變化較大，而G≥1.47之后的碳纖維其變化趨勢(shì)明顯減小。通過Raman對(duì)碳結(jié)構(gòu)的分析可知，總體上隨著石墨化程度的提高，碳纖維表面Sp2雜化的碳結(jié)構(gòu)相對(duì)含量增加，有序性提高，石墨缺陷種類、數(shù)目及石墨邊緣低對(duì)稱碳的比例減少。但石墨化程度G＜

4、1.47時(shí)，除了表面碳結(jié)構(gòu)重排外，還發(fā)生著雜元素脫除過程，這使得碳纖維表面的易被氧化的缺陷相對(duì)多，其氧化活性較高;而G≥1.47時(shí)僅發(fā)生碳結(jié)構(gòu)重排，石墨微晶迅速長(zhǎng)大且有序排列，該過程中表面石墨結(jié)構(gòu)更加完善，碳纖維表面的氧化活性極低，因此這兩個(gè)階段的氧化特征及含氧化學(xué)結(jié)構(gòu)的形成及演變均不同。
　　 當(dāng)碳結(jié)構(gòu)相似時(shí)，經(jīng)相同電流密度處理的具有溝槽結(jié)構(gòu)的碳纖維表面O/C要小于表面光滑的碳纖維，研究認(rèn)為表面溝槽的存在，使得碳纖維凸起部分電