·372· 北京科技大学学报 1997年第4期 增大强度降低.组成共聚物单体，不仅对其力学性能有影响，而且对碳化工艺有举足轻重的作 用.共聚体的杂质含量将直接影响C℉力学性能，从表中可以看出，由不同原丝生产出来碳纤 维的力学性能有较大的差异.T300的各项力学性能均较好，且力学性能的离散系数最 低；ECF和JHCF都是在吉化2号线生产的.其力学性能差异表明，英国原丝的拉伸强度、拉 伸模量、断裂伸长率，勾结强度均高于吉化原丝，且强度离散系数、拉伸模量离散系数也较 低，因此英国原丝碳化制成的CF力学性能优于吉化原丝生产的碳纤维，另外，EC℉的直径 比T300,JHCF,YCCF都细，这也是它拉伸强度较高的一个原因. 3.2表面形态与表面缺陷 T300的表面沟纹较深，沟脊清晰有力；国产碳纤维表面沟纹较浅，在扫描电镜下显得较 模糊.在国产碳纤维中ECF的表面沟纹相对来说较清楚一些，JHCF和YCCF则更加模糊.碳 纤维的表面沟纹实际上是其内部原子结构的反映.T300表面沟纹较深的原因可能有2个：(1) 原丝结构有所不同；(2)可能在预氧化和碳化过程中施加了较大的牵伸所致. 碳纤维的缺陷可分为表面缺陷和内部缺陷两大类，用扫描电镜观察碳纤维表面，结果表 明：国产碳纤维除了表面沉淀物以外，基本上没有其他类型的缺陷；T300和C℉几乎没有沉 淀物，而JHC℉和YCCF则较多.现有的研究结果表明：沉淀物也是一种重要的表面缺陷6，它 使表面的微晶取向发生变化，从而使碳纤维的力学性能下降，因此，表面沉淀物可能是影响国 产PAN基碳纤维质量的因素之一， 3.3断口形貌与内部缺陷 碳纤维的内部缺陷是影响碳纤维力学性能的又一重要因素6.刃，但用扫描电镜观察T300 和国产碳纤维的断口，没有发现空洞和夹杂之类的内部缺陷，也没有发现明显得皮芯结构，尽 管如此，T300和各种国产碳纤维在断口形貌上依然存在着很大的差异（见图3）.T300和ECF 的微晶较均匀，且横向交联较强，这使得纤维受载时，各个结构单元能均匀地承受载荷，从而 使它们具有较高的强度和模量，图4给出了4种碳纤维断口形貌的示意图. (b) (c) (d) 图4T300与国产碳纤维断口形貌特征图aT300;bECF;e JHCF;d YCCF 3.4微晶结构参数与化学成分 从表3所列数据可知，T300和国产碳纤维的微晶结构参数基本相近.这表明微晶尺寸与 碳纤维的力学性能之间并不存在一个简单的对应关系，而应把微晶取相、排列方式、界面强度 等综合起来考虑.从表2所列数据可知，T300的C含量高于国产碳纤维，这反映了进口碳纤 维与国产碳纤维生产工艺的差异，. 7 3 2 · 北 京 科 技 大 学 学 报 年1第 期 9 9 7 4 增 大强 度 降低 . 组 成 共聚 物单 体 , 不仅对其力 学性 能有 影 响 , 而 且对 碳化工 艺有 举足轻 重的作 用 . 共 聚体的杂 质含 量 将 直接 影 响 C F 力 学性 能 . 从 表 中可以 看 出 , 由不 同原 丝生 产 出来碳 纤 维 的 力 学 性 能 有 较 大 的 差 异 . T 3 0 的 各 项 力 学 性 能 均 较 好 , 且 力 学 性 能 的 离 散 系 数 最 低 ; E C F 和 J H C F 都 是 在 吉化 2 号 线 生产的 . 其力 学 性能 差 异 表 明 , 英 国原 丝 的拉伸强 度 、 拉 伸 模 量 、 断裂 伸 长率 、 勾 结 强 度 均 高 于 吉 化 原 丝 , 且 强 度 离 散 系 数 、 拉 伸 模 量 离 散 系数 也 较 低 5[] , 因此英 国原 丝碳 化 制 成 的 C F 力学 性 能优 于 吉 化原 丝 生 产的 碳纤 维 . 另外 , CE F 的 直径 比 T 3OO , J H C F , Y C C F 都 细 , 这也 是它 拉伸 强度 较高 的一 个 原 因 . .3 2 表面 形态与表 面缺陷 T 3 0 0 的表 面 沟纹 较 深 , 沟脊 清 晰有 力 ; 国产碳 纤 维表 面 沟纹 较 浅 , 在 扫描 电镜下 显 得较 模糊 . 在 国产 碳纤 维 中 E C F 的表 面沟纹 相 对来说较 清楚 一些 , J H C F 和 Y C C F 则 更 加模糊 . 碳 纤 维 的表面 沟纹 实 际上是 其 内部 原子结 构 的反 映 . T 30 0 表面 沟纹 较深 的原 因可 能有 2 个 :( l) 原 丝结构有 所不 同 ; ( 2 ) 可 能在 预氧 化和碳 化 过程 中施加 了较 大 的牵伸所 致 . 碳纤 维的 缺 陷可 分为 表 面缺 陷和 内部缺 陷 两大类 . 用 扫描 电镜观 察碳 纤 维表 面 , 结 果 表 明: 国 产碳 纤 维 除 了表面 沉 淀物 以外 , 基 本 上没 有其他类 型 的 缺陷 ; T 30 和 CE F 几 乎没 有沉 淀 物 , 而 J H C F 和 Y C C F 则 较多 . 现 有 的研究 结果表 明 : 沉淀物 也是 一种重 要 的表面缺 陷 6[] , 它 使 表 面的微 晶 取 向发生 变化 , 从而使碳 纤 维的力 学性 能下 降 . 因此 , 表面沉 淀物 可能是 影响 国 产 P A N 基碳 纤 维质 量 的因素 之一 1 3 断 口 形貌与 内部缺陷 碳 纤 维的 内部缺 陷是影 响碳 纤 维力 学性 能 的又 一重 要 因素6[, 7 ] , 但用 扫描 电镜观 察 T 3 0 和 国产碳 纤 维的 断 口 , 没有 发现 空洞 和夹 杂之 类 的 内部 缺陷 , 也没 有发 现 明显得 皮 芯结构 . 尽 管如 此 , T 30 O 和 各种 国产碳 纤 维在 断口 形 貌上依然 存在 着很 大的 差异 ( 见 图 3) . T 3 0 0 和 CE F 的微 晶较 均匀 , 且 横 向交 联 较强 , 这 使 得纤 维受 载 时 , 各 个 结构 单元 能 均匀 地承 受 载荷 , 从 而 使它 们具 有 较高 的强 度和模 量 . 图 4 给 出了 4 种碳 纤维 断 口 形 貌 的示意 图 . 。 哪 。 螂 。 豁 。 酗 图4 T 3 0() 与 国产碳纤维 断口 形貌 特征 图 a T 3 0() ; b E C F ; e J H C F: d Y C C F .3 4 微 晶结构 参数 与化 学成分 从表 3 所列 数据 可知 , T 30 0 和 国产 碳纤 维 的微 晶结 构参数基 本相 近 . 这 表 明微 晶 尺寸 与 碳 纤维 的力学 性 能之 间并 不存在一 个 简单的对应 关 系 , 而 应把微 晶取相 、 排 列方 式 、 界 面强度 等综 合起 来 考虑 . 从表 2 所 列 数 据 可知 , T 3 0 的 C 含 量 高于 国产 碳纤 维 , 这 反 映 了进 口 碳纤 维 与 国产碳 纤 维生产 工艺 的差 异