碳纤维结构与性能关系的电子显微镜研究

论文摘要

聚丙烯腈(Polyacrylonitrile.PAN)基碳纤维作为一种新型材料,其内部结构和外部形态对其力学性能有重要影响。本论文通过运用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线衍射(XRD)研究了高强和高模碳纤维的外部形态及内部结构以及形态、结构对纤维力学性能的影响。本文通过对进口T系、M系和国产T系碳纤维分别进行表面形貌、断口形貌的比较表明：纤维表面沟槽的存在、纤维的细旦化程度以及纤维本身的各种缺陷都是导致碳纤维力学性能降低的影响因素；对上述几种碳纤维的内部结构研究则表明：结晶程度的好坏、晶格条纹的规整程度,晶面沿纤维轴的择优取向程度等因素,都是决定碳纤维模量高低的直接因素,而碳纤维内部杂质的存在,对碳纤维的拉伸强度影响较大。本文以国产T300和进口T300系碳纤维为例,对碳纤维的制样方法进行了探索,研究了采用不同的制样方法对用电子显微镜研究碳纤维形貌、结构的影响,并比较了各种制样方法的优劣。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 碳纤维的历史、现状和发展情况
• 1.3 碳纤维的分类
• 1.4 PAN基碳纤维的结构
• 1.5 提高碳纤维性能的方法
• 1.5.1 降低碱金属离子的含量
• 1.5.2 原丝的细旦化
• 1.5.3 生产过程环境的洁净化
• 1.5.4 干-湿法纺丝和蒸汽牵伸
• 1.5.5 原丝的化学改性
• 1.5.6 炭化时施加高强磁场
• 1.5.7 制备高性能碳纤维需要高平均分子量聚丙烯腈
• 1.5.8 降低聚合物的结构缺陷
• 1.6 碳纤维的应用
• 1.6.1 碳纤维复合材料在高新技术领域中的应用
• 1.6.2 碳纤维复合材料在民用领域中的应用
• 1.7 研究方法
• 1.8 本课题主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验材料及设备仪器
• 2.2 测试方法和样品制备
• 2.2.1 用于扫描电镜观察的样品制样方法
• 2.2.2 用于透射电镜观察样品的制样方法
• 2.2.3 X-射线衍射分析
• 第三章 进口纤维结构讨论
• 3.1 进口M、T系纤维的比较
• 3.1.1 扫描电镜的结构分析
• 3.1.2 高分辨透射电镜结构分析
• 3.1.3 X-射线衍射结果分析
• 3.2 结论
• 第四章 进口T300与国产T300对比讨论
• 4.1 进口与国产T300纤维的电镜结果讨论
• 4.1.1 扫描电镜结构比较
• 4.1.2 高分辨透射电镜结果比较
• 4.1.3 X-射线衍射结果分析
• 4.2 小结
• 第五章 制样方法的比较讨论
• 5.1 包埋脆断法和液氮冷冻脆断法结果讨论
• 5.2 超声粉碎法和超薄切片法及离子减薄法结果讨论
• 5.2.1 金刚刀超薄切片法和超声粉碎法结果讨论
• 5.2.2 不同研钵超声粉碎法结果讨论
• 5.2.3 离子减薄法结果讨论
• 5.3 结论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 作者及导师简介