碳纤维微孔分析
碳纤维
碳纤维复材0902班林晓光16号碳纤维（carbon fibre），顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。
传统使用中碳纤维除用作绝热保温材料外，一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，构成复合材料。
碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。
1994年至2002年左右，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐进入军用和民用领域。
现在国内已经有使用长纤碳纤维制作国家电网电缆的使用案例多处。
同时，碳纤维发热产品，碳纤维采暖产品，碳纤维远红外理疗产品也越来越多的走入寻常百姓家庭。
碳纤维增强材料的表面物理化学特点：1.表面积：碳纤维的表面积通常是用Brunauer—Emett-Teller(BET)公式计算氮或氪在77K的吸附而得到的。
它取决于原材料的本质、热处理温度和对碳纤维进行的表面处理的本质。
PAN基碳纤维通常具有均匀的横截面和光滑的表面，因此与具有不规则横截面和粗糙表面的粘胶基碳纤维相比，表面积较小。
在较低温度下制备的碳纤维(II型和1Ii型)具有有属性差的结构，并含有大量微孔，因此表面积大。
当热处理温度升高时，能消除大部分孔隙，而且减小了通向表面的孔隙率，因此表面积减小。
2.多孔结构：在碳纤维中存在着孔隙。
现在确认碳纤维是由石墨层面以不完善堆砌的微纤柬构成的。
这种不完善的堆砌使得微纤束之间产生空间，从而形成了孔隙或空穴。
气体扩散层碳纤维纸加载微孔层研究
气体扩散层碳纤维纸加载微孔层研究胡志军;林江;张学金;陈华【摘要】Micro-porous layer(MPL) can effectively improve water management and enhance the performance of proton exchange membrane fuel cell by coating on the surface of carbon fiber paper treated with conductive graphite powder and polytetrafluoroethylene (PTFE ) . The research explored effects of the ratio of PT FE to graphite pow der and the solid content of the coating on electricalconductivity ,hydrophobicity ,pore size distribution of the coated carbon fiber paper , and characterized the surface topography of the obtained paper by combining scanning electron microscope (SEM )and X-ray computed tomography (XCT ) . The results showed that coating with low solid content facilitated formation of evenly distributed coating layer and pore size .Coating with PTFE/graphite powder on the carbon fiber paper could form a relatively large proportion of micropores lower than 20μm ,conducive to mass transfer of gas and liquid .The high proportion of graphite powder could boost electrical conductivity of the microporous layer ,however ,at the cost of hydrophobicity and the number of micropores . When the ratio of PTFE to graphite powder being 1:3 ,the coating showed no hydrophilicity . When the ratio of PTFE to graphite powder being 1:1 ,hydrophobicity and conductivity can be reconciled .%气体扩散层碳纸表面加载微孔层能有效地改善质子交换膜燃料电池的水管理,提升电池效率,故以导电石墨粉和聚四氟乙烯(PTFE)构成的涂料对碳纸进行涂覆处理,在碳纸表面加载微孔层.研究PTFE/石墨粉配比和涂料固含量对涂布后碳纸的导电性、憎水性及孔径分布的影响,扫描电镜(SEM)结合X射线计算机体层成像(XC T)及图形处理技术分析涂布前后的碳纸表面形貌.结果表明:低固含量涂布有利于形成均匀的涂层和孔径分布,PTFE/石墨粉涂层在碳纸表面形成了较大比例的小孔(小于20μm),有利于气、液态水的传质;涂料中高比例石墨粉可提高碳纸微孔层的导电性,但降低了疏水性和微孔的数量,当PT FE与石墨粉比例达到1:3时,涂层不具憎水性.选择PT FE与石墨粉配比1:1时,可兼顾疏水性和导电性.【期刊名称】《浙江科技学院学报》【年(卷),期】2018(030)003【总页数】5页(P235-239)【关键词】碳纸;微孔层;孔径分布;憎水性【作者】胡志军;林江;张学金;陈华【作者单位】浙江科技学院环境与资源学院,杭州310023;齐鲁工业大学制浆造纸科学与技术教育部重点试验室,济南250353;浙江科技学院机械与能源学院,杭州310023;浙江科技学院环境与资源学院,杭州310023;浙江科技学院环境与资源学院,杭州310023【正文语种】中文【中图分类】TQ342.742随着全球能源及环境问题日益严重，高效、环境友好、清洁的新能源技术被认为是21世纪最有发展潜力的新技术。
HKT800碳纤维微观结构与性能
HKT800碳纤维微观结构与性能顾红星;王浩静;张淑斌;程璐;薛林兵【摘要】为深入剖析国产HKT800碳纤维的微观结构和性能，用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪、压汞仪等对HKT800碳纤维进行了表征，并与东丽T800碳纤维进行了对比分析，结果表明：HKT800碳纤维的表面带有沟槽，少量碳纤维截面呈腰果形，不同于T800碳纤维，且表面粗糙度较大；HKT800碳纤维拉曼测试ID／IG比值为1．07，表面微晶尺寸较小；2种碳纤维层间距均为0．347 nm，孔隙率均为17．4％，比较一致，但HKT800碳纤维堆叠尺寸、取向度略高于T800碳纤维，而微孔偏离碳纤维轴取向程度、微孔长度、微孔横截面平均切割线长度均略低于T800碳纤维，HKT800碳纤维中微孔尺寸、数量的分布也不同于T800碳纤维．%The microstructure and properties of domestic HKT800 carbon fibers were studied by scanning electron microscopy ( SEM), atomic force microscopy ( AFM), Raman, X⁃ray diffaction ( XRD) and mercury intrusion porosimetry (MIP). For the purpose of comparison, the microstructure and properties of T800 carbon fibers were also studied. The results showed that numerous grooves distributed on the surface of HKT800 carbon fibers, while few carbon fibers exhibit a cross⁃section of a cashew⁃like shape and displayed larger surface roughness, which is different from T800 carbon fibers. The ID/IG value of HKT800 carbon fiber was 1.07, indicating its smaller surface crystalline size. The interlayer spacing and porosity of both HKT800 and T800 carbon fibers, is 3.47 Å and 17.4%, respectively. However, the stack size and orientation degree of HKT800 carbon fibers were slightly higher than thoseof T800 carbon fibers. The size and number distribution of micropores were also different between HKT800 and T800 carbon fibers, while theHKT800 possessed lower B, L and l than T800.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2016(024)003【总页数】5页(P45-49)【关键词】碳纤维;微观结构;性能;HKT800【作者】顾红星;王浩静;张淑斌;程璐;薛林兵【作者单位】中国科学院西安光学精密机械研究所，西安710119; 江苏航科复合材料科技有限公司，江苏镇江212132;中国科学院西安光学精密机械研究所，西安710119; 江苏航科复合材料科技有限公司，江苏镇江212132;江苏航科复合材料科技有限公司，江苏镇江212132;江苏航科复合材料科技有限公司，江苏镇江212132;江苏航科复合材料科技有限公司，江苏镇江212132【正文语种】中文【中图分类】TQ342.74以碳纤维为增强体制备的高性能复合材料已经广泛应用于航空、航天等领域［1-3］.随着各大应用领域对碳纤维增强复合材料性能要求的不断提高，国际上高性能碳纤维产品已逐渐由T300、T700发展到T800、T1000甚至T1100，如T1000，T1100，IM9等.国内T300、T700等通用级碳纤维已有较多的研究与应用，对于T800级碳纤维因刚实现产业化生产，相关研究和应用方面的报导很少［3-8］. HKT800碳纤维是国内最早实现产出的T800级高性能碳纤维产品，由江苏航科复合材料科技有限公司依托中国科学院技术，2012年初实现批量稳定生产［8］.目前对于HKT800碳纤维产品，尚无相关结构、性能和应用方面的系统分析研究报告.本文对HKT800高性能碳纤维的晶体结构、孔结构、微观形貌等进行了深入的表征和对比分析，重点在于剖析国产T800碳纤维的微观结构特性，寻求宏观性能的工艺依据.1．1 材料HKT800碳纤维，江苏航科复合材料科技有限公司；T800碳纤维，日本东丽公司，具体性能参数测试结果见表1.1．2 测试表征碳纤维力学性能按照GB/T 3362—2005进行测试，使用日本岛津AG-X型万能材料试验机；碳纤维表截面微观形貌分析使用日本JSM-7001F型扫描电镜；晶体结构拉曼光谱使用法国J.Y.公司LabRAM HR800型显微激光拉曼光谱仪，扫描范围100～4 000 cm-1，分辨率2 cm-1；碳纤维中孔的体积和数量分布用美国PoreMaster-60型压汞仪进行测试；碳纤维表面粗糙度用原子力显微镜（AFM）进行测试，扫描范围5 μm×5 μm；碳纤维微晶参数和微孔信息测试采用EmPyrean-1型X射线多晶衍射仪.2．1 微观形貌图1是HKT800碳纤维的扫描电子显微镜照片，可以看到，HKT800碳纤维具有典型的纤维结构特征，截面基本为圆形，少量纤维截面呈腰果形，碳纤维表面沿轴向分布有大量的沟槽，HKT800碳纤维腰果形截面的存在与东丽T800碳纤维不同［9］，碳纤维表面沟槽的形成原因是湿法纺丝工艺下原丝表面形成沟槽在预氧化、碳化后的遗留以及碳纤维后期表面处理的氧化刻蚀.主要成因为：湿纺工艺下，凝固丝条表面形成的弹性凝胶外表在单轴向拉伸力作用下，沿轴向伸长和径向收缩，使凝固丝条细旦化，横截面积逐步减小，导致表面形成折叠皱褶.另外，丝条内部溶剂逐步被凝固剂水置换，导致塌陷也加大了形成褶皱的驱动力.这些表面沟槽在凝固成纤过程中形成，在单轴向牵伸力作用下沿纤维轴取向排列.碳纤维表面沟槽的形成能够增加碳纤维的比表面积和表面能，有利于碳纤维和基体树脂的互相渗透以增强它们之间的机械啮合效果，当碳纤维与树脂复合时，树脂作为流动相会流入碳纤维表面的沟槽中，固化后即形成固态界面相，从而使树脂和碳纤维紧密的结合在一起，形成一个承载外力的整体.不过碳纤维表面沟槽深浅不一，其存在也会增加纤维表面的缺陷，在一定程度上影响到碳纤维本身的力学性能.用原子力显微镜（AFM）检测HKT800碳纤维的表面粗糙度，结果见图2，扫描范围设置5 μm×5 μm.测试结果显示，HKT800碳纤维的表面粗糙度Ra=（43±21）nm，去除上浆剂后，碳纤维表面粗糙度会有所增加，Ra=（53±22）nm.由于HKT800碳纤维少数存在腰果形截面，腰果中心区的粗糙度明显大于平滑区，使得碳纤维的粗糙度离散系数较大.碳纤维表面沟槽十分有利于提高纤维与树脂之间的机械啮合作用，纤维表面粗糙度大，则机械锚定力越大，一定程度上可以提高复合材料的界面粘结性能［2］.2．2 晶体结构2.2.1 拉曼光谱拉曼光谱属于散射光谱，常用来研究碳纤维表面结构的石墨化度或有序化程度，石墨是具有碳六角网平面的层状结构，而碳纤维具有乱层石墨结构，其激光拉曼光谱测试一般会产生2个主要峰：分别在1 580和1 358 cm-1左右.1 580 cm-1处的G峰，是石墨网平面内相邻碳原子在相反方向产生的强振动处出现的强共振线，称为G线，其强度或半高宽可以用来表征石墨结构中sp2杂化结构的完整程度，对应的是理想石墨单晶的平面振动模式E2g；对于石墨化程度较低的碳纤维材料，除了G线外，还会在1 358 cm-1处出现一条D线，是微晶小、边缘不饱和碳原子多、取向低、不对称碳原子多和结构缺陷多的反应.1 358 cm-1处的D峰被指认为类金刚石碳sp3电子结构的A1g联合振动模式，对应于无定形碳的晶格振动模式.所以可用D线强度和G线强度的比值来判断碳纤维的石墨化程度和结构的完整性.碳纤维表面微晶尺寸La与两峰积分强度比ID/IG（以R表示）的函数关系为La=4.4/R，即R的数值越小，微晶尺寸越大，碳纤维石墨结晶越完整，石墨化程度就越高，因此常用R值的大小来评价材料的石墨化程度［10-11］.碳纤维的拉伸强度与其石墨微晶尺寸平方根成反比［11］.图3为HKT800和T800碳纤维的拉曼光谱，具有典型的碳纤维拉曼特性，主要存在1 358 cm-1处的D峰和1 580 cm-1处的G峰，根据上述分析，经计算HKT800碳纤维的R值为1.07，T800碳纤维R值为0.99，两者非常接近，也可知其碳纤维表面的微晶尺寸是比较小的，这也是碳纤维强度较高的原因之一.另外，碳纤维表面存在有大量不饱和碳原子，可以在碳纤维和基体树脂间形成较强的相互作用.碳纤维表面的晶粒结构、尺寸等情况与其制造过程特别是高温碳化温度和时间是密切相关的，HKT800碳纤维生产中高温碳化处理温度在1 400℃左右，高温碳化工艺段温度不高，从而晶粒尺寸较小，乱层石墨结构的石墨化程度不高.由图3还可看到，在2 600～3 000 cm-1区间存在一个较宽的峰，该峰一般由2个峰组合而成，其一位于2 600～2 730 cm-1称为G′线或2D线，属于D线的谐波，与类石墨材料中存在的电子谱带结构有关，结晶石墨和石墨化纤维在高石墨化温度下会分裂成峰，仅仅是碳纤维则较弱.另一个位于～2 950 cm-1峰为G″线，是玻璃态碳结构的反应.2.2.2 广角X射线衍射用XRD测定碳纤维的结构参数，其晶面间距d和X射线的波长关系用布拉格方程进行表示，碳纤维石墨微晶大小和堆叠厚度通过谢乐公式进行计算.通过X射线衍射仪对碳纤维样品进行方位角扫描，测试过程中，当方位角从0°到360°时，0°～180°和180°～360°可以得到2个不连续的半高斯型衍射峰，通过Jade拟合出半峰宽，代入取向度，k为0.89，HKT800碳纤维和T800碳纤维广角X射线衍射见图4，具体微晶参数见表2.理想石墨材料的层间距理论值为0.335 4 nm，碳纤维具有乱层石墨结构，层间距通常大于0.34 nm，晶粒尺寸为1.5～5.0 nm，碳纤维层间距越小，其晶体排列越整齐，石墨化程度越高，其弹性模量越高.从表2知：HKT800碳纤维的半高宽均值为4.72，低于东丽T800碳纤维的4.86，这两者层间距比较一致，均为0.347 nm，HKT800碳纤维的堆叠尺寸为1.703 nm，高于东丽T800碳纤维的1.65 nm，取向度81.9%也略高于东丽T800碳纤维产品.对于类石墨结构材料，石墨微晶取向越好，相同的衍射晶面数越多，衍射弧宽度越窄，半高宽值越小，上述数据符合此规律.对于高强型碳纤维材料，其微晶越小、取向度越高，其强度越高.一般认为，碳纤维缺陷大小与微晶尺寸属于同一数量级，微晶尺寸越大、缺陷也越大，从而导致碳纤维拉伸强度下降，这是细晶化的结构理论基础.总之，细晶化是提高碳纤维拉伸强度比较有效可行的措施之一.2．3 孔结构与分布石墨的理论密度为2.266 g/cm3，T800级碳纤维的密度约为1.81 g/cm3，低于石墨的理论密度，碳纤维密度是由碳的乱层结构和孔隙组成的，碳纤维密度越高，孔隙率越低，碳纤维的拉伸强度越高，所以，降低孔隙率、提高密度是提高碳纤维拉伸强度的有效途径.碳纤维的孔隙率可用广角X射线衍射测试，计算公式为［12-13］式中：d是用WAXD测出的碳纤维层间距，nm；d0是理想石墨的层间距理论值，为0.335 4 nm；ρ为碳纤维密度，g/cm3；ρ0为理想石墨密度，为2.266g/cm3.根据广角X射线衍射（WAXD）测试结果，HKT800碳纤维和东丽T800碳纤维的层间距均为0.347 nm，密度也一致，结合式（1），经计算2种碳纤维的孔隙率均为17.4%.2.3.1 小角X射线散射检测碳纤维微孔高性能碳纤维不仅需要关注其孔隙率，还需要了解其孔的大小、形状和具体空间分布等信息.碳纤维是由纤维和微孔构成的两相结构，因两者电子密度的不同，特别是两相界面存在的电子密度的不连续性，产生的散射不同，所以，根据观察到的散射光强度、散射角大小与纤维中的微孔形状、尺寸和分布有着密切联系，小角X射线散射（SAXS）经常被用来研究碳纤维中的微孔特性.HKT800碳纤维和东丽T800碳纤维小角X射线散射见图5，通过SAXS散射花样，可以了解它们的微孔尺寸等特性，图中竖直方向散射图形长度大于水平方向，说明微孔呈针状，并沿碳纤维轴向取向［9，11］.SAXS的具体计算结果见表3.表3中，B为微孔偏离碳纤维轴取向程度，n为微孔数，L为微孔长度，l为微孔横截面平均切割线长度，V为微孔体积，其函数关系为即，微孔体积正比于微孔数、微孔长度和微孔横截面平均切割线长度.从表3可以看到，HKT800碳纤维微孔偏离碳纤维轴取向程度比东丽T800碳纤维要低一些，其微孔长度L平均值为60.31 nm，低于东丽T800碳纤维的71.86 nm，同样其微孔横截面平均切割线长度l平均值4.77，低于东丽T800碳纤维的5.30，HKT800碳纤维最终的微孔体积V为1.43，略低于东丽T800碳纤维的1.6. 因碳纤维拉伸强度不仅受孔隙率的影响，还受到孔的形状、取向程度等因素的影响，综合对比HKT800碳纤维与东丽T800碳纤维，根据X射线衍射（WAXD）结果，两者孔隙率基本一致，根据小角X射线散射（SAXS）计算结果，HKT800碳纤维在孔偏离轴取向度、微孔体积等方面略优于东丽T800.2.3.2 压汞仪检测碳纤维孔分布用压汞仪对碳纤维进行孔分布的检测，相较于小角X射线散射（SAXS）检测微孔信息，其具有明显不同之处，压汞仪测试选用的样品量较大，更具有宏观代表性，可以获得孔的数量分布和尺寸分布等信息，尺寸包括纳米级、微米级以及更大尺寸孔等.为明晰测试结果，首先说明碳纤维单丝之间的孔隙和碳纤维表面的沟槽定义为外部的大尺寸孔，嵌于碳纤维内部的孔称为微孔，对比分析的重点是比较碳纤维中的微孔分布情况.图6为HKT800碳纤维和东丽T800碳纤维中微孔的尺寸分布情况.由图6可以看到，HKT800碳纤维与东丽T800碳纤维有明显不同，东丽T800碳纤维中的微孔基本分布在5～10 nm，而HKT800碳纤维中微孔主要分为2个部分，分别在5～8 nm和15～50 nm之间，单从碳纤维中微孔的尺寸分布看，HKT800碳纤维在15～50 nm之间存在有一定比例的孔，说明相对于东丽T800碳纤维，存在有一些尺寸较大的微孔.而2种碳纤维的微孔数量分布测试表明，T800碳纤维中微孔数量多于HKT800碳纤维，整体上T800碳纤维和HKT800碳纤维微孔的总体积基本持平，即2种碳纤维的孔隙率是相当的，这和前面的表征结果是一致的.碳纤维中孔隙的形成是碳化过程中有大量气体产物，其逸走在原位产生缺陷的同时，逸走通道产生了大量气孔.其预氧化过程中结合的氧以H2O、CO和CO2脱除，氮以NH3、HCN和N2释放，尤其在1 000℃以后，已形成乱层石墨结构雏型，大量缩聚副产物N2的逸走残留下大量气孔.1）HKT800碳纤维和T800碳纤维同属湿法纺丝工艺，表面均带有大量沟槽，但是少量HKT800碳纤维截面为腰果形，不同于T800碳纤维，且表面粗糙度较大，一定程度上可以提高其复合材料的界面粘结性能.2）HKT800碳纤维表面微晶尺寸较小，存在有大量不饱和碳原子，有利于碳纤维和基体树脂间形成较强的相互作用.HKT800碳纤维与T800碳纤维层间距一致，但半高宽低于、堆叠尺寸高于、取向度略高于T800碳纤维.3）HKT800碳纤维和T800碳纤维孔隙率一致，HKT800碳纤维微孔偏离碳纤维轴取向程度、微孔长度、微孔横截面平均切割线长度均略低于T800碳纤维.2种碳纤维微孔的尺寸和数量分布也存在差异.【相关文献】［1］井敏，谭婷婷，王成国，等.PAN基碳纤维的微观结构与力学性能相关性分析［J］.航空材料学报，2013，33（1）：78-85. 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co2吸附法分析多孔炭材料的微孔结构
co2吸附法分析多孔炭材料的微孔结构多孔炭材料是一种具有吸附能力和有机或非有机特性的无机共轭材料，同时具有高表面积、高孔容量和有效的化学稳定性。
它具有多种用途，如吸附、催化、膜分离、生物应用和电化学等。
由于它在这些领域的应用，它的微孔结构和物理化学行为受到大量的研究关注。
CO2吸附法是一种新兴的技术，用于研究多孔炭材料的微孔结构，而CO2吸附仪可以提供详细的微孔结构信息。
CO2吸附法是一种使用碳二氧化物气体吸附来研究多孔碳材料孔隙结构特性的方法。
该技术通过测量CO2在碳材料中的吸附量来推断其微孔结构，由于CO2可以容易地被碳材料吸附，因此它具有优势。
CO2吸附仪是CO2吸附法中最常用的分析量测仪器，它一般由操纵台、CO2吸附和活性碳装置和控制系统等部分构成。
CO2吸附仪可以测量碳材料在不同温度、气压和CO2浓度下的CO2吸附量，测量的结果可以通过模式参数分析法来反映碳材料的微孔结构特性。
CO2吸附仪在分析多孔炭材料的微孔结构中具有很大的优势，它提供了直观的孔隙结构结果，使研究者能够以可量化的方式研究孔隙结构。
CO2吸附仪可以测量碳材料的孔径分布、孔隙度、孔隙率、孔容量和比表面积等特性，可以改进碳材料的性能和结构，从而有效地改善多孔炭材料的性能。
此外，CO2吸附法还可以用于研究多孔材料的可吸附性能，为更好的应用多孔炭材料提供了参考。
CO2吸附法用于研究多孔炭材料的微孔结构时也存在一些限制。
由于CO2吸附是一种过程，它具有时间和温度敏感性，因此CO2吸附反应可能会出现瞬间反应或缓慢反应，从而影响CO2吸附仪测量的结果。
此外，多孔碳材料的结构特性和解析精度可能会影响CO2吸附法的结果准确性。
总之，CO2吸附法是一种可以用于研究多孔炭材料的微孔结构的有用技术，CO2吸附仪是研究多孔炭材料的微孔结构的数量分析工具，它可以提供多孔炭材料的微孔结构参数，为进一步改善多孔炭材料性能和应用提供理论参考。
然而，CO2吸附法也存在一定的局限性，应该加以改进，以提高其准确性。
CFRP微孔钻削主轴速度参数实验优化及孔壁质量研究
０ 引言
化制孔性能提供了参考依据ꎮ 刘枭鹏等 [９] 重点对碳纤维
碳 纤 维 增 强 塑 料 ( ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓꎬ
ＣＦＲＰ) 是一种具备高比强度、高韧性的耐疲劳复合材料ꎮ
增强复合材料进行大孔径切削测试ꎬ分析了不同钻孔工艺
下刀具发生磨损的作用机制ꎮ 单晨伟等 [１０] 在研究 ＣＦＲＰ
屑ꎬ引起切屑与刀面之间的更多次数摩擦ꎬ因此做功也随
之增加并形成了更多热量ꎮ 钻头深度增加后ꎬ热量更难以
散发出来ꎬ形成了局部区域热量积累现象ꎬ引起钻削温度
的显著上升ꎮ
速与进给速度下的温度变化情况ꎬ对钻削后形成的表面微
观形貌进行了 ＳＥＭ 表征ꎬ进一步提升了钻孔的质量ꎬ为优
80
70
１ 实验
60
以 Ｔ３００ 碳纤维 / 环氧树脂预浸料作为本实验测试材
ｏｆ ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄꎬ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｈｉｇｈｅｒ ｔｏｏｌ ｃｕｔｔｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔｙ ａｎｄ ｒｏｕｇｈ ｓｕｒｆａｃｅꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｕｒｒ ｉｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ
ｏｆ ｆｅｅｄｉｎｇ ａｍｏｕｎｔꎬ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒ ｌａｙｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｓｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｌｉｋｅｌｙ ｔｏ ｐｅｅｌ ｏｆｆ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｇｕｉｄｉｎｇ
向力ꎬ 到 达 １５ ｍｍ / ｍｉｎ 时 形 成 了 最 大 的 轴 向 力ꎬ 达 到
４.７ Ｎꎮ由此可以推断:提高进给速度后ꎬ可以引起层合板
轴向力的提高ꎮ
１) 为 获 得 较 低 钻 头 温 度ꎬ 将 进 给 速 度 பைடு நூலகம் 定 在
二氧化碳吸附法分析微孔碳材
273K（0°C）条件下利用CO吸附进行多孔碳材料的微孔分析科学之美，大可到无垠星空，小可到电子夸克，远可谈光年以外，近可说触手可及；大可谈到哈勃半径，小能说普朗克长度；从量子物理到柴米油盐，从深空之下到眼前苟且，科学无处不在。
温度骤降，那来了解个名词-绝对零度；绝对零度是热力学的最低温度，是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度。
绝对零度是仅存于理论的下限值，其热力学温标写成K，等于摄氏温标零下273.15度（-273.15℃）。
本文所介绍的是在273K（0°C）条件下的实验应用。
孔径分布（PSD）是表征多孔材料的关键指标。
孔径分布分析既可应用于特定功能多孔材料的研发，也可以表征现有产品。
通常的方法是通过测定77 K下N2吸附等温线来表征多孔材料的PSD。
今天介绍的方法则是273K（0°C）条件下利用CO吸附进行多孔碳材料的微孔分析。
273 K（0℃）下CO微孔分析对比77 K下N分析具有的主要优势：更快的分析速度。
由于0℃下CO具有较高的扩散速率，可以快速达到平衡，因此可以在更短的时间内完成等温线的测量：CO分析测试约3小时，而N分析测试可能超过30小时更快微孔扩散速度确保测得的吸附点是平衡的分析范围拓展到CO分子能进去而N分子无法进入的较小尺寸微孔仪器设备的技术要求简化：不需配有涡轮分子泵的高真空系统，10torr就可以满足实验要求；不需要低压压力传感器，1000 torr传感器就可以满足要求Nova和Autosorb系列仪器都可以进行CO分析测试。
安东帕康塔软件可进行数据分析，它的综合数据库包既包含经典算法，又有现代孔径分析模型。
与经典的宏观热力学方法相比，现代分析方法可在分子水平上描述孔隙流体结构。
这种微观方法可应用在孔径分布分析当中。
认识到CO分析测试的优势后，安东帕康塔引入NLDFT/GCMC核文件，可根据CO吸脱附等温线进行孔径分布分析计算。
为了说明该方法，选取两种具有代表性的碳材料样品，将CO分析结果与已有成熟的N DFT分析结果进行对比。
PAN基碳纤维微观结构对宏观力学性能影响的研究
PAN基碳纤维微观结构对宏观力学性能影响的研究复合材料在航空航天、航海潜海、岛屿建设等国防高新技术领域有着广泛的应用,而碳纤维作为先进复合材料最重要的增强相之一,其性能决定了复合材料的性能,因而提高碳纤维的力学性能有着重要的现实意义,据此确定了本文研究的目的。
本文主要研究聚丙烯腈(PAN)基碳纤维微观结构对拉伸模量和拉伸强度的影响。
通过建立PAN基碳纤维细观力学模型对微观结构因素与拉伸模量间的关系进行研究;通过对PAN基碳纤维基本结构单元拉伸模拟对微观结构与拉伸强度和拉伸模量间的关系进行研究。
主要研究内容如下:首先,基于PAN基碳纤维的二相细观力学模型,应用Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法得到PAN基碳纤维微观结构因素与其拉伸模量间的关系,并确定影响PAN基碳纤维拉伸模量的微观因素分别为:微晶取向度、体积分数、长细比。
应用PAN基碳纤维的二相细观力学模型分析讨论了三种微观因素对PAN基碳纤维拉伸模量的影响,并对三种影响因素对拉伸模量影响的强弱进行了比较。
通过该细观模型区分了同种微观因素对不同种类PAN基碳纤维拉伸模量影响的差异。
其次,基于X射线衍射(XRD)和小角X射线散射(SAXS)实验结果及PAN基碳纤维结构理论,提出了PAN基碳纤维是由微晶、微孔及无定形碳所构成的三相复合材料,建立了三相细观力学模型。
应用Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法对拉伸模量进行了预报,得到了PAN基碳纤维微观结构与其拉伸模量间的关系。
确定了影响PAN基碳纤维拉伸模量的因素分别为:微晶取向度、体积分数、长细比,微孔体积分数和长细比。
应用PAN基碳纤维的三相细观力学模型分析讨论了五种微观结构因素对PAN基碳纤维拉伸模量的影响,并对五种影响因素对拉伸模量影响的强弱进行了比较。
通过该细观模型区分了同种微观因素对不同种类PAN基碳纤维拉伸模量影响的差异。
最后,以Reynolds-Sharp碳纤维结构模型为基础,利用分子动力学设计了六类PAN基碳纤维基本结构单元模型并对这六类基本结构单元进行了拉伸失效模拟,揭示了基本结构单元的微晶及无定形碳的缺陷处、微晶间界面和微晶与无定形碳间界面是裂纹的发生处,明确了微观结构因素和微晶、无定形碳、微孔的排布方式对力学性能的影响。
PAN基碳纤维的微观结构与力学性能相关性分析
聚丙 烯 晴 （ Ｐ Ａ Ｎ） 基碳纤 维具有质轻、 高 比强 、 高 比模 、 耐高 温等优 点 ， 用 其作 为增 强材料 制备 的复 合 材料 ， 在航 空 航 天 等领 域 有 广 泛 的应 用 ¨ 。碳 纤 维 的力 学性 能 由其 结 构决 定 ， 力学 性 能 不 同 的碳 纤维 的结构 特征必 然不 同 。弄清 当前一 些商 品碳纤 维 的结 构特 征 ， 以及 这 些结 构 特 征 与力 学 性 能 的相
Ｔａ ｂｌ ｅ １ Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｙ ｒ ｐｒ ｏ ｐｅ ￣ｙ ｉ ｎｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ Ｔ３ ０ ０ ，Ｔ ７０ ０Ｓ ａ ｎｄ Ｔ８ ００Ｈ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ ｓ
１ 实验
１ ． １ 原 材 料
本研 究选 取 的三 种 Ｐ Ａ Ｎ 基碳 纤 维 ， 牌 号 为 Ｔ ３ ０ ０ ， Ｔ ７ ０ ０ Ｓ Ｃ和 Ｔ ８ ０ ０ Ｈ Ｂ 。这 三 种 碳 纤 维 的基 本 性
１ ． ２ 测试 方法 和仪器
采用 热场 发射 电子 扫描显微 镜 观察碳 纤维 的表 面和断 口形貌 ， 测 试 电压 ３ ｋ Ｖ。采 用 强 度仪 将 碳 纤
维单丝 拉断得 到 断 口。
采 用 ｘ 射线 衍 射 仪 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 测定 碳 纤 维 的 石 墨 微 晶结 构 。Ｃ ｕ Ｋ ｏ ｔ 辐射源 ， Ａ＝ ０ ． １ ５ ４ １ ａ ｍ， 加 速 电压 ４ ０ ｋ Ｖ， 电流强 度 ４ ０ ｍ Ａ， 扫描 间隔 ０ ． １ 。 。 采用 Ｂ ｒ ｕ ｋ ｅ ｒ Ｎ ａ ｎ ｏ Ｓ ｔ ａ ｒ Ｕ 型 ｘ射 线 小 角 散 射 系 统（ Ｓ Ａ Ｘ Ｓ ） ， 测 定碳 纤维 的孔 隙结构。Ｃ ｕ Ｋ ｏ ｔ 辐 射
碳纤维中微孔缺陷的小角X射线散射研究方法
图 ２ 碳 纤维 的三维结构模型
Ｆ ｇ ２ Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｒ ｐ ｅ ｅ ｔｔ ｎ ｏ ｅ ｉ． ｃ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎ ａ ｉ ｆ ｈ ｃ ｏ ｔ ｔ ｒ ｅ ｄ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｔ ｃｕ ｅｏ ａｂ ｎｆｂ ｒ 【 ｈ ｅ ． ｉ ｎ ｉｎ １ ｒ ｔ ｒ ｆ ｒ ｏ ｅ ｓ ｓｕ ｃ ｉ
２ １ 年 第 ３期 ０１ 第３ ８卷 总第 ２ ５期 １
广
东
碳 纤维 中微孔缺 陷的小角 Ｘ射线散射研 究方法
柴晓燕，何 江琴 ，杨 茜，朱才镇 ，刘剑 洪
（ 深圳大学 化学与化工学院，广东 深圳 ５８ ６） １０ ０
【 要 】 维 的小 角 Ｘ 射 线 散射表 明存在 沿纤 维轴 方 向取 向 的针形微 孔 。应 用小 角 Ｘ 散 射可 以得 到微 孔 的尺 寸和分 布等 的信 息 。文 章主 摘 碳纤 要 阐述 了微 孔长 度 厶 取 向角 Ｂ。 ，孔 隙率 Ｐ，回转 半径 Ｒ，横 截 面积 Ｓ等 参数 的计 算 方法 。 ｔ 【 词】 维 ；微孔 ；小 角 ｘ 射线 散射 关键 碳纤 ［ 中图 分类 号］Ｑ Ｔ ［ 文献标 识 码】 Ａ ［ 文章 编 号］０ ７１６（０ １０．０５０ １０ —８５２ １）３００ ．３
理 论 值 （０ ０Ｇ ａ的 ６ ． ｑ １２ Ｐ ） ７７％＿。造 成 这 一 差 距 的主 要 是 由于 实 Ｊ 际生产 的碳纤维 内部存在大量 的缺 陷所致 。 Ｊ
碳 纤维中的缺陷包括 ：聚合物链结构缺陷、孔洞、孔隙、 表面 裂纹 、晶体位 错、晶体 层错 、机械 性与非机 械性颗粒 、非 碳元素杂质 等，其 中孔洞有连通 的孔洞 ，也有封 闭的孔洞 ，大 部分 孔洞 的尺寸都处于 纳米级 ，如图 １ 、２所示 。这些缺陷主 要来 自于 以下三个方面 ：原丝在预氧化、碳化过程 中的收缩 ； 聚 丙烯腈原 丝在预 氧化、碳化过程中所产生的气体的破坏 ； 碳 纤维 生产 过程 的各 生产环节所致。
质子交换膜燃料电池中碳纸微孔层设计的研究进展
质子交换膜燃料电池中碳纸微孔层设计的研究进展
蔡书涵;胡泽鸿;杨垚磊;闻斌;洪毅;张欣;郭大亮;沙力争
【期刊名称】《中国造纸》
【年(卷),期】2024(43)5
【摘要】质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种极具潜力的电化学装置,具有广泛的应用前景,但有效的水管理方法还需探索。
不合适的水负荷会引起各种问题,包括材料的降解和反应物传质受限等,损害电池的长期耐用性。
在气体扩散层(GDL)中引入微孔层(MPL)是改善水管理能力和性能的有效方式。
本文综述了以碳纸为大孔底物,近年来MPL结构和材料设计方面的研究进展,展望MPL的未来研究方向,对开展提高电池性能的研究具有重要意义。
【总页数】11页(P84-93)
【作者】蔡书涵;胡泽鸿;杨垚磊;闻斌;洪毅;张欣;郭大亮;沙力争
【作者单位】浙江科技大学环境与资源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TS761.2
【相关文献】
1.多孔纳米碳纤维作为质子交换膜燃料电池微孔层的性能
2.质子交换膜燃料电池微孔层在反极过程中的耐久性研究
3.质子交换膜燃料电池微孔层浆液微观结构与流变性
4.高职烹饪营养与卫生课程融入课程思政的实践与研究
5.梯度孔径结构微孔层对质子交换膜燃料电池性能影响
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小角X射线散射对不同碳纤维的比较和分析
高角区不再趋于定值， 而是呈一负斜率的直线， 称为
Ｐ ｒｄ负偏 离 。Ｐ ｒｄ负 偏 离 的 非 理 想 两 相 体 系 的 ｏｏ ｏｏ
散射 强度公 式 为 ：
Ｉｑ ＝Ｋ／ ｘ （ （ （） ｑ ｅｐ 一ｑ ）狭缝 准直 ）
３ ）偏离 校正 ａ ）正偏 离校 正
情况往 往是 非理 想 体 系 ， 即样 品 的 两相 界 面 内会 存 在 一 定 的微 电子 密 度 起伏 ， 因此 常 会 出现 Ｐ ｒｄ定 ｏｏ 理 的偏离 ， 需要 对其进 行修 正及分 析 。
１ ｏｏ ，９ １年出生 ， 男 １８ 华东 理工 大 学在 读博 士研究
维普资讯
第 ２ 卷第 ４期 ８
２ ０ 年 ８月 ０８
山
西
化
工
Ｖ０ ． ８ Ｎｏ ４ １２ ．
Ａｕ ．２ ０ ｇ ０８
Ｓ ＨＡ ＮＸＩＣＨＥ Ｉ Ｍ ＣＡＬ ＮＤＵＳ Ｉ ＴＲＹ
攀 鏊 耋 冀 囊
小 角 Ｘ射 线 散射 对 不 同碳 纤 维 的 比较 和分 析
或
为一种现代物理结构分析方法 ， 是存在纳米尺度 凡 且电子密度不均匀 区的物质经 ｘ射线照射后 ， 在原 光 束 附 近 ５范 围 内均 会 产 生 小 角 散 射 现 象 ， 以 。 所 Ｓ Ｘ 特别适合于研究多孔材料 。相对 于其他表征 ＡＳ 手 段 ，ＡＸ Ｓ Ｓ的优 势 主要体 现在 ：）它是一 种非 破坏 １
可 能存在 于 纤维 内部 的杂质 溶解 去除 。 ２ ）将洗 过 的纤维在 滤 纸上 吸 干 ， 后将 纤 维 沿 然
当两相 体 系 中 的界 面 模 糊 时 ， ｏｏ Ｐ ｒｄ曲线 在 其
竖直方向缠绕在样品片上。缠绕厚度均匀 ， 并用导
碳纤维微孔加工工艺流程
碳纤维微孔加工工艺流程1.首先，将碳纤维布放在加工台上。
First, place the carbon fiber cloth on the processing table.2.然后，用模具将碳纤维布压制成所需形状。
Next, use the mold to compress the carbon fiber clothinto the desired shape.3.接着，把压制后的碳纤维布放入烤箱中进行固化。
Then, place the compressed carbon fiber cloth into the oven for curing.4.在固化过程中，要注意控制温度和时间，确保碳纤维布的质量。
During the curing process, it is important to control the temperature and time to ensure the quality of the carbonfiber cloth.5.固化完成后，进行切割，将碳纤维布切割成所需的形状和尺寸。
After curing, the carbon fiber cloth is cut into the desired shape and size.6.切割后，需要对碳纤维布表面进行打磨，使其光滑细腻。
After cutting, the surface of the carbon fiber clothneeds to be polished to make it smooth and delicate.7.接下来，进行微孔加工，根据设计要求在碳纤维布上加工微小的孔。
Next, the process of micro-hole machining is carried outto make tiny holes on the carbon fiber cloth according to the design requirements.8.微孔加工需要使用精密的设备和工具，保证加工精度和质量。
碳纤维及其复合材料性能测试方法和评价指标
碳纤维及其复合材料性能测试方法和评价指标周嫄娜，李炜【摘要】摘要:从宏观和微观两个角度综述了碳纤维及其复合材料性能的常用测试方法。
表明浸润性是表征树脂浸入纤维的重要参数，接触角、表面能、粘附功是表征浸润性常用的指标；纤维表面性能如粗糙度、化学特性等都影响着复合材料界面粘结性能，常用SEM、AFM、XPS等手段测试；复合材料界面结合强度的大小反应了复合材料力学性能的好坏。
【期刊名称】高科技纤维与应用【年(卷),期】2014(039)006【总页数】6【关键词】关键词:碳纤维；复合材料；性能；测试方法；评价指标碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、质量轻、耐疲劳、耐酸碱、热膨胀系数小等优点，广泛应用于航空航天、体育休闲、交通运输、生物医用等方面[1]。
而由于碳纤维表面为呈现惰性的乱层石墨结构，其表面能较低，与树脂的界面结合较弱，复合材料界面性能较差，从而影响了复合材料优异性能的发挥。
树脂对纤维表面的良好浸润性能是纤维与树脂形成紧密界面结合的首要条件；纤维表面的粗糙程度及其表面极性官能团种类与数量等表面特性影响了纤维与树脂结合的紧密程度；界面是复合材料性能薄弱区，界面结合强度的大小影响了复合材料整体性能的好坏。
从浸润性、纤维表面特性和界面结合强度3个方面介绍了碳纤维及其复合材料常用的测试方法。
1 浸润性浸润现象亦称润湿现象，是液体与固体表面接触时，液体的附着层沿固体表面延伸的现象。
纤维与树脂的浸润性好坏表示树脂浸入到纤维束的难易程度。
如果纤维与树脂的浸润性不好，树脂不能充分进入到纤维束，会使得纤维与树脂不能很好的结合，最终会使得复合材料中包含空隙和缺陷，影响复合材料的最终力学性能。
接触角、表面能和粘附功是3 种常用表征复合材料浸润性能的方法。
1.1 接触角在气、固和液3相交界处做气液界面和固液界面的切线，如图1所示，两切线通过液体内部所形成的夹角（θ）即称为接触角。
接触角是描述液体对固体润湿能力或润湿程度的一个重要指标，接触角越小，液体在固体表面越容易铺展开，表明液体对固体的浸润性越好；反之，接触角越大，液体在固体表面越不容易铺展，说明液体对固体的浸润性越差。
碳纤维微观结构表征：Raman光谱
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2020年第39卷第S2期碳纤维微观结构表征：Raman 光谱郝俊杰1，吕春祥2，李登华3（1山西钢科碳材料有限公司，山西太原030100；2中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维制备技术国家工程实验室，山西太原030001；3山西省交通科技研发有限公司新型道路材料国家地方联合工程实验室，山西太原030032）摘要：Raman 光谱作为材料微观结构表征的重要方法，其对碳材料的结构具有相当的敏感性，在0～3300cm -1的波数范围内都有相当显著的谱峰响应。
其中，理想石墨晶格面内C C 键伸缩振动的G 线和由无序结构引起的D 线是认识碳材料纳米尺度结构特征的关键切入点。
基于上述特征指标可以获得碳结构微观应力、晶态结构、石墨化度及结构不均匀性等一系列结构特征，是研究碳纤维微观结构及其形成、演变过程的重要技术手段。
近年来，随着以“Mapping ”技术为代表的系列新技术的成功应用，针对碳纤维微观结构的Raman 光谱应用技术出现了一系列新的进展。
本文以Raman 光谱的碳纤维微观、介观层面的应用技术为切入点，综述了近年来Raman 光谱在碳纤维微观应力/应变、晶态结构、石墨化度及结构不均匀性等方面的进展情况。
关键词：碳纤维；Raman 光谱；微观应力；晶态结构；结构不均匀性中图分类号：TQ342+.74文献标志码：A文章编号：1000-6613（2020）S2-0227-07Characterization of the microstructure of carbon fibers:RamanspectroscopyHAO Junjie 1，LYU Chunxiang 2，LI Denghua 3(1Shanxi Gangke Carbon Materials Company Limited,Taiyuan 030100,Shanxi,China;2National Engineering Laboratoryfor Carbon Fiber Technology,Institute of Coal Chemistry,Chinese Academy of Sciences,Taiyuan 030001,Shanxi,China;3National and Local Joint Engineering Laboratory of Advanced Road Materials,Shanxi Transportation Technology Research&Development Company Limited,Taiyuan 030032,Shanxi,China)Abstract:As an important technical means in the structural characterization of materials,Raman spectroscopy is found sensitive and have significant response to carbon structure in the wavenumber area 0～3300cm -1.Among them,an ideal graphitic lattice C C in-plane vibration mode namely G-band and a consequence of the existence of structural disorder namely D-band are suggested as two of the important index in the study of the carbon structures.Based on these index,a series of structural features such as microscopic stress,crystalline structure,graphitization degree and structural heterogeneity of carbon structures can be obtained.In recent years,with the successful application of a series of new technologies represented by "Mapping"mode,many new developments have been made in the Raman spectroscopyapplication technologies for carbon fibers.In this paper,taking the applications in the microscopic and综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0507收稿日期：2020-04-03；修改稿日期：2020-04-14。
碳纤维增强塑料孔隙含量和纤维体积含量试验方法
碳纤维增强塑料孔隙含量和纤维体积含量试验方法碳纤维增强塑料是一种轻质、高强度的新型复合材料，其优异的性能使其在航空航天、汽车制造、体育用品等领域得到广泛应用。
孔隙含量和纤维体积含量是衡量该材料性能的两个重要指标。
本文将详细介绍碳纤维增强塑料孔隙含量和纤维体积含量的试验方法。
一、孔隙含量试验方法1.原理孔隙含量试验基于气体渗透原理，通过测量气体在样品中的渗透速率来计算孔隙含量。
2.仪器设备（1）气体渗透仪（2）样品模具（3）气体源（4）压力计3.试验步骤（1）制备样品：将碳纤维增强塑料样品切成规定尺寸，放入样品模具中。
（2）连接气体渗透仪：将样品模具与气体渗透仪连接，确保无漏气现象。
（3）通气：打开气体源，使气体以一定压力作用于样品。
（4）测量：记录气体渗透仪的压力变化，计算孔隙含量。
4.结果处理根据气体渗透原理，计算孔隙含量公式如下：孔隙含量（%）=（气体渗透速率/样品厚度）/（气体压力×样品面积）×100%二、纤维体积含量试验方法1.原理纤维体积含量试验采用图像分析法和显微镜测量法，通过观察样品截面的纤维分布情况，计算纤维体积含量。
2.仪器设备（1）显微镜（2）图像分析软件（3）样品制备工具3.试验步骤（1）制备样品：将碳纤维增强塑料样品切成规定尺寸，并磨制截面。
（2）显微镜观察：将样品截面置于显微镜下，调整放大倍数，观察纤维分布情况。
（3）图像采集：使用图像分析软件采集显微镜下的图像。
（4）分析计算：利用图像分析软件测量纤维面积，计算纤维体积含量。
4.结果处理纤维体积含量（%）=（纤维面积/样品截面面积）×100%三、结论通过以上试验方法，可以准确测量碳纤维增强塑料的孔隙含量和纤维体积含量，为优化材料性能提供依据。
SEM技术在碳纤维研究中的应用
用SEM 研究碳纤维的表面及断口形貌采用SEM 观察不同纺丝工艺的日本和国产碳纤维的表面及断口形貌，从结构上对比分析它们的差异，结果表明，表面缺陷减少，内部致密性提高，轴向微孔尺寸减小都是碳纤维强度提高的主要原因。
国产干喷湿纺碳纤维表面缺陷和内部缺陷明显减少，有助于提高纤维拉伸强度。
另外，洁净的生产环境及精细加工的设备有利于碳纤维缺陷的减少，使纤维拉伸强度提高的空间变大。
1 引言碳纤维是经1300～1600℃高温炭化制得的含碳量高达93%以上的新型碳材料。
作为碳素材料，碳纤维是在2000℃以上的高温惰性环境中唯一强度不下降的材料，具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗辐射、导电、传热、减震、降噪等一系列优异性能。
作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是先进复合材料最重要的增强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。
同时，在整个国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质的提高方面，碳纤维正发挥越来越重要的作用。
我国自6O年代后期开始研制碳纤维，有多家科研单位参与其中，并且在实验室条件下取得了较好的成绩，但仍然未能实现大规模、质量稳定的碳纤维工业化生产，我国绝大部分碳纤维需求长期依赖进口L6]。
而由于美、日等国对我国封锁，国际市场碳纤维又高度短缺，严重制约了我国航空航天事业的发展，民用工业也受到致命打击。
2007年6月，由国防部门和中央有关部委主要领导组成的高层调查组考察了国内主要碳纤维研发和产业化基地。
因此，“十一五”期间掀起了一股“碳纤维热”，民营资本大量进入，银行大量贷款，众多省市、大型公司和企业投资发展碳纤维产业。
当前，日本生产的高性能碳纤维代表着该领域的世界先进水平，无论是品种、质量还是产量都居世界榜首，而且研发能力和产业化也具有优势，其中日本东丽公司是世界上高性能碳纤维研究发展的领头羊。
近年来，在高强T系列产品中，东丽公司逐步用性能较好的T700取代T300，T7OO将成为未来的新一代通用级碳纤维。
高强高模型碳纤维与高模型碳纤维微观结构分析
(1 中国科学院化学研究所 北京分子科学国家实验室 高分子物理与化学实验室，北京，100190)
碳纤维具有高强、高模、低密度、耐烧蚀、耐腐蚀等优异性能，并兼具可编织性，作为增强材料 在航空航天、交通运输、医疗器械、能源和文体娱乐等领域得到广泛应用[1]. 碳纤维主要通过热解有 机前驱体来制备，前驱体主要有聚丙烯腈、粘胶和沥青[2, 3]. 其中，聚丙烯腈基碳纤维由于其综合力学 性能优异、用途广泛而成为碳纤维工业生产的主流. 聚丙烯腈基碳纤维是由丙烯腈经聚合、纺丝、预 氧化、碳化、石墨化而制备的含碳量在 95%以上的材料. 其中碳化和石墨化是碳纤维晶体结构控制的 关键时期. 高温碳化制备的高强型碳纤维经过石墨化处理可以得到高模型和高强高模型碳纤维. 高强 型碳纤维属于二维乱层石墨结构，其中主要是 sp2 杂化态，碳网面边缘及其它缺陷处也存在 sp3 杂化 态. 此外碳纤维中还不同程度存在 O、 N、 H 等元素. 高模型碳纤维具有局部有序的三维石墨晶体结构， 石墨片层缺陷减少，堆叠更加紧密，碳元素含量也更高. 在由高强型碳纤维制备高模型碳纤维的过程中，随着碳纤维模量的提高，强度损失明显. 而高强 高模型碳纤维兼具高的拉伸强度和高的拉伸模量， 由于碳纤维的宏观力学性能直接依赖于其微观结构， 我们发现高模碳纤 所以纤维微观结构和性能之间的关系成为众多工作者的研究热点[4, 5]. 前期研究中， 维制备过程中的热处理温度对其结构有重要影响，随着热处理温度的升高，纤维内石墨微晶尺寸不断 增加，层间距逐渐减小，晶体结构更加完善，三维有序性提高；随着石墨微晶结构的发展，纤维内的 孔隙结构也生长融合，这些微晶结构和孔隙结构的形成与演化共同影响着碳纤维的性能[6]. 本文通过对相近模量的国产高强高模型碳纤维和高模型碳纤维微观结构的对比研究， 分析了微观 结构差异对性能的影响. 本研究对阐明高强高模碳纤维结构与性能的关系，指导高强高模碳纤维碳纤 维结构调控具有重要的应用价值.
聚丙烯纳米碳纤维复合材料微孔注射成型加工与性能研究
性 能 。 ［６７］
ＰＰ具有价格低廉、综合性能优良和容易加工成型 等特点［８］，ＰＰ／纳米 复 合 材 料 是 目 前 研 究 的 热 点［９］，但 基于 ＰＰ／ＣＮＦ 纳 米 复 合 材 料 的 微 孔 注 塑 研 究 并 不 多［１０］。本文以 ＣＯ２为超临界流体［１１］，利用双螺杆挤出 及微孔注射成型制备多种组分的 ＰＰ／ＣＮＦ实体和发泡 复合材料，研究 ＣＮＦ如何有效的分散到 ＰＰ基体中，发 泡过程中 ＣＮＦ含量对泡孔孔径和泡孔密度的影响；同 时利用多种测试与表征手段研究 ＣＮＦ在 ＰＰ基体中的 分散效果、力学性能、热学性能。
本 Ｎｉｋｏｎ公司； 拉伸机，Ｉｎｓｔｒｏｎ５９６７，美国Ｉｎｓｔｒｏｎ公司； 红外 光 谱 仪 （ＦＴＩＲ），Ｔｅｎｓｏｒ２７，德 国 Ｂｒｕｋｅｒ
公司；
热重 分 析 仪 （ＴＧ），Ｑ５０，美 国 ＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ 公司；
熔体 流 动 速 率 仪，ＭＰ６００，美 国 Ｔｉｎｉｕｓ Ｏｌｓｅｎ 公司；
收稿日期：２０１８０９０７ 国家重点研发计划（２０１６ＹＦＢ０１０１６０２）；河南省自然科学基金 （１６２３００４１０２４６）；河南省科技攻关（１７２１０２２１０４９５、１８２１０２２１０００８） 联系人，ｈｕａｎｇｍｉｎｇ＠ｚｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１ 实验部分
co2吸附法分析多孔炭材料的微孔结构
co2吸附法分析多孔炭材料的微孔结构
多孔炭材料以其具有优异的吸附性能而著称，广泛应用在气体吸附、固体吸附、污染
物固定、溶剂萃取、膜分离等领域。
其中，微孔结构的表征对于优化多孔炭材料的性能具
有至关重要的意义，其大中小孔隙特性也直接影响着材料的吸附性、选择性、回收率以及
其他性能。
目前，CO2吸附法已经成为较为常见和广泛认可的方法，用以表征多孔炭材料
的微孔结构。
CO2吸附法通过CO2 形成扩散吸附曲线的方式反应多孔炭材料的大、中、小孔隙及其
结构特征。
该方法将恒定吸附流动体（通常为CO2气体）和多孔能材料接触，在加压-节
流测定吸附实验的基础上，加入不同流速的CO2气体，并通过记录其相应流量，从而反映
出多孔炭材料的各孔隙状态及其大小特性。
更进一步，通过CO2吸附曲线中拐点和临界压力等特征参数，结合扩散光谱和TEM 等技术，可以更精准地反映材料孔径、孔径分布和孔隙度等特性。
同时，CO2吸附法可用于
监测多孔炭的变化，如吸附剂的吸附活性、处理液的改变以及其他物理化学作用，从而指
导多孔炭材料的制备工艺和性能优化等。
总之，CO2吸附法借助其低成本、简便以及对室温温度易操作等优势，已成为表征多
孔炭材料微孔结构的重要方法之一。
通过CO2吸附法，可以更有效地反映多孔炭微孔结构、探究其改性方式并优化其性能，从而更有力地为相关领域的研究和应用提供有力的支持。
氧化改性活性炭纤维吸附材料制备及其性能研究
第20卷第10期装备环境工程2023年10月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·139·氧化改性活性炭纤维吸附材料制备及其性能研究杨欢，杨森，申展，戴文俊（西南技术工程研究所，重庆 400039）摘要：目的以不同浓度的双氧水溶液对活性炭纤维进行氧化改性，制备SO2、NO x腐蚀气氛吸附材料。
方法采用红外光谱、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等表征方式，揭示双氧水改性对活性炭纤维孔隙结构、表面物理化学性质、吸附性能的影响，并将装有吸附材料的防护包装贮存于湿热海洋气候环境中，验证腐蚀气氛控制效果。
结果双氧水改性活性炭纤维后，其表面官能团未发生变化，比表面积先减小、后增大。
改性后，活性炭纤维表面活性位点有所增加，对应的吸附性能显著增加，30%双氧水改性活性炭纤维对SO2、NO2、NO的饱和吸附量分别为100、153、128 mg/g，与改性前相比，分别提高了67%、180%、137%。
应用吸附材料的防护包装内部腐蚀气氛浓度在3个月内几乎为0。
结论双氧水改性活性炭纤维具有良好的腐蚀气氛吸附性能，在长贮微环境中具有良好应用前景。
关键词：双氧水；活性炭纤维；二氧化硫；氮氧化物；吸附；湿热海洋气候中图分类号：TJ089 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)10-0139-08DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.10.017Preparation and Properties of Oxidized Modified Activated Carbon Fiber AdsorbentYANG Huan, YANG Sen, SHEN Zhan, DAI Wen-jun(Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China)ABSTRACT: The work aims to prepare SO2 and NO x corrosive atmosphere adsorption materials by oxidation modification with different concentrations of hydrogen peroxide solution. The effects of hydrogen peroxide modification on the pore structure, surface physicochemical properties, and adsorption performance of activated carbon fibers were studied by characterization methods such as infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy. The protective packaging containing adsorption materials was stored in a humid and hot marine environment to verify the effectiveness of corrosive atmosphere control. There were no significant changes in the surface functional groups of oxidized activated carbon fiber. With the increase of hydrogen peroxide concentration, the specific surface area firstly decreased and then increased. After modification, the active site on the surface of activated carbon fiber increased and the corresponding adsorption performance significantly increased. The saturated adsorption capacity of 30% hydrogen peroxide modified activated carbon fiber for SO2, NO2, and NO was 100 mg/g, 153 mg/g, and 128 mg/g respectively, which was 67%, 180%, and 137% higher than that before modification. The concentration of corrosive atmosphere inside the protective packaging with adsorption materials was almost zero within 3 months. Hydrogen peroxide modified activated carbon fiber has good adsorption performance in corrosive atmosphere, and has good application prospects in long-term storage microenvironment.收稿日期：2023-06-14；修订日期：2023-08-22Received：2023-06-14；Revised：2023-08-22引文格式：杨欢, 杨森, 申展, 等. 氧化改性活性炭纤维吸附材料制备及其性能研究[J]. 装备环境工程, 2023, 20(10): 139-146.YANG Huan, YANG Sen, SHEN Zhan, et al. Preparation and Properties of Oxidized Modified Activated Carbon Fiber Adsorbent[J]. Equipment·140·装备环境工程 2023年10月good application prospects in long-term storage microenvironment.KEY WORDS: H2O2; activated carbon fiber; SO2; NO x; adsorption; humid and hot marine climate武器装备、电子元器件等贮存周期长、使用次数少的产品在海洋环境长期贮存过程中，易受二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO x）等酸性气体和水蒸气协同作用而产生腐蚀性破坏。
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多孔活性碳纤维的微孔分析王利、夏迎春、刘清、吴超、刘云辉摘要运用T图法、DR法、MP法及HK法对多孔碳纤维进孔径分析，并将由JW-BK122F型比表面及孔径分析仪（精微高博）和ASAP2010型比表面及孔径分仪(麦克)两种仪器分别测出的等温曲线做对比。
实验结果表明：由T-图和DR法得到的微孔总孔体积为与HK法得到的微孔总孔体积是比较对应的，而由MP法得到孔径分布的结果与HK法得到孔径分布偏差很大，两种型号的仪器测出等温吸脱附曲线非常接近。
关键词：微孔分析、孔径分布、等温吸附曲线、比表面、最可及孔径、总孔体积SummaryUse T-plot method, DR method, MP method and HK method to analyze the Pore size distribution of the carbon fiber, and compare isothermal curves , respectively measured by the JW-BK122F type specific surface area and pore size analyzer (jwgb) and ASAP2010 type BET and pore size analyzer (Mic) The results show that the total pore volume respectively obtained by T- plot and DR method is roughly the same. The most frequent pore diameter respectively obtained by the MP method and the HK method large deviate largely. The isothermal curves , respectively measured by the JW-BK122F type specific surface area and pore size analyzer (jwgb) and ASAP2010 type BET and pore size analyzer (Mic) are very close.Key words;Pore size distribution, isothermal curve, surface area, the most frequent pore diameter, the total pore volume引言活性碳纤维是20世纪70年代发展起来的一种新型、高效、多功能吸附材料，是继粉状活性炭和粒状活性炭之后的第三代产品；活性碳纤维具有大比表面积（1000-3000 m2/g）和丰富的微孔，微孔体积占总孔体积的90%以上【1】。
活性碳纤维比活性碳具有更大的吸附容量和更快的吸附动力学性能【2】，在液相，气相中对有机物和阴、阳离子的吸附效率高，吸脱附速度快，可再生循环使用，同时耐酸碱，耐高温，适应性强，导电和化学想能稳定，是一种比较理想的环保材料【3】。
1. 试验条件1.1 仪器与分析试样自带真空预处理系统的JW-BK122F型比表面及孔径分析仪（精微高博）；万分之一天平，称量纸，高纯液氮，高纯氮气（99.999），碳纤维。
1.2 试验方法取0.1054克的碳纤维置于石英样品管中，将样品管装到JW-BK122W型比表面及孔径分析仪上，用300℃真空预处理3个小时，待样品冷却下来之后，在液氮温度下对其进行微孔分析。
2．结果与讨论2.1 预处理温度对实验结果的影响由于活性碳纤维微孔非常丰富，吸附能力强，在空气中很容易吸附空气中的杂质气体分子，因此实验之前需要将其吸附的其它气体分子脱附出来，加热温度过低的话，气体份难以完全脱出来，且需要的加热时间较长，若碳纤维吸附的其它气体分子未完全脱出来必然会对实验结果造成较大影响；因此本次试验采用300℃真空预处理3个小时。
2.2 系统真空度对实验结果的影响由于本次试验是要对碳纤维进行微孔分析，因此需要系统的实际真空度达到10-2Pa量级，P/Po 达到10-7量级，否则，微孔的吸附不完全，那么就无法验证碳纤维是否存在尺寸更小的孔，实验结果也会不完全。
2.3 微孔分析2.3.1 微孔的表征及其分析方法与物理模型在微孔的情况下，孔壁间的相互作用势能相互重叠，微孔中的吸附比介孔大，因此在相对压力＜0.01时就会发生微孔中的填充，孔径在0.5-1nm的孔甚至在相对压力10-5-10-7时即可产生吸附质的填充，所以微孔的测定与分析比介孔要复杂得多。
显然，把BJH孔径分析方法延伸到微孔区域是错误的，两个原因，其一，凯尔文方程【4】在孔径＜2nm时是不适用的；其二，毛细凝聚现象描述的孔中吸附质为液态，而在微孔中由于密集孔壁的交互作用，使得填充于微孔中的吸附质处于非液体状态，因此孔径分布的规律必须有新的理论及计算方法，宏观热力学的方法已远远不够。
微孔的表征依其物理模型不同而不同，主要方法如下：T-图法 采用标准等温线，用于微孔体积分析MP法 利用t-图进行微孔孔径分布分析DR法 用于微孔体积分析HK和SF法 用于微孔孔径分布分析NLDFT法 用于介孔和微孔分析2.3.2 常规的微孔分析微孔分析的物理模型很多，其中t-图法应用最多，他根据标准等温线把吸附量表达成吸附层厚度的函数（t图），进而求出微孔的总孔体积、总内表面积、外表面积等；D&R 法与t-图法相似，也可以得到微孔的总孔体积；从t-图法还延伸出MP 法，得到微孔的孔容-孔径分布，一般实现t-图法和MP 法的微孔分析对测试仪器没有特殊的要求，而只是在软件上要求较高，须有充分的标准等温线的数据库，并对分析方法有深刻的理解，否则不可能进行正确的分析； t-图法和MP 法尽管已在大量使用，但从理论上说他们的最大不足是没有脱离介孔分析的模式，还是采用Kelvin 方程，还是把微孔中的吸附质设定为标准的液体状态，因此将之称为常规微孔分析；此外MP 法求出的孔径分布是比较粗糙的，表达的孔径范围不够小；不过，国际ISO 和国家GB 标准中，一开始就指出，气体吸附法测定孔隙度和孔径分布的方法，用于比较性的而非绝对意义上的测试，从这个意义上说，t-图法、DR 法和MP 法还是有一定的参考价值。
1. 吸脱附等温曲线及比表面测试结果图1是JW-BK122F 型比表面及孔径分析仪（精微高博）与ASAP2010型比表面及孔径分仪(麦克)两种仪器测出的等温曲线的对比。
由图可以看出两种型号的仪器测出等温吸脱附曲线非常接近，而等温吸脱附曲线是比表面及孔径分布分析的数据基础，由此得出的其它方面的数据也应该是非常接近的；比如由JW-BK122F 得到的BET 结果是1812（m2/g），而由ASAP2010型比表面及孔径分仪得到的BET 结果是1862（m2/g），由此来看两种仪器的性能也应该是非常接近的。
图12. T-图法的微孔分析由Lippens 和de Boer 提出的t-图法，是把吸附量定义为吸附层厚度t 的函数，利用t 图可以分析微孔的总孔体积和外表面积。
本实验采用de Boer 标准等温线，作出的t 图示于图2，由T- 图得到活性碳纤维中≤2nm 微孔的总孔体积为0.67452cm 3/g 。
图23. DR 法的微孔分析基于吸附的Polany i 势能理论[4]，Dubinin Radushkevic h 推出一种计算微孔体积的方法，为DR 法，Dubinin 等温线式的直线方程：Lg Va =lg V micro －D[lg （Po/P ）]2取相对压力在10-4-10-1范围内的吸附数据用Lg V 对 [lg （Po/P ）]2 作图，由图中[lg ]= 5~20范围的直线延伸，得到与纵坐标 图3的截距计算出微孔的总孔体积V micro 。
DR 法对微孔多的材料处理等温线效果较好。
图3为DR 法微孔分析结果；由DR 图可以得到≤2nm 微孔总孔体积为0.6837cm 3/g,与t-图的分析结果非常一致。
4. MP 法的孔径分析MP 法分用于分析2nm 其方法是，在求外表面的直线对应的氮分压或的微孔的内表面积，由MP 法得到的活性碳纤维的孔径分布如 图4所示，可得到微孔的最可及孔径为0.8261nm。
图42.3.3 精确的微孔分析真正的微孔分析十分复杂，由于微孔孔壁间的势能相互重叠，用于介孔范围的表示填充压力与孔径关系的Kelvin 方程已不能适用，此外，填充于微孔中的吸附质的密度也不能简单的设为液体的密度，因此必须采用新的物理模型。
HK 和SF 法推出了由微孔样品等温吸附线计算有效孔径分布的半经验分析方法，分别用于氮/碳（狭缝）及 氩/沸石（圆柱孔）系统，他们将填充液视为某种松流体，应用时要输入复杂的吸附质与吸附剂的许多物理参数，数值不同结果相差较大；应用HK 法中的模型参数，得到微孔孔径与填充压力值的新对应关系，做出10-7 到10-1压力范围中的吸附等温线，进而计算出微孔分布。
以下两图为HK 法微孔分析结果，由图5可以看出在相对压力0.1以下碳纤维的吸附速度很快，且吸附量占总吸附量的绝大部分，说明材料中微孔是主要的。
图5 图6由图6可以看出微孔在尖峰附近最为集中，经计算可得微孔的最可几孔径为0.5287nm。
微孔的重复实验得到最可及孔径为0.5261nm，重复性偏差为0.003nm。
HK法得到的≤1.8nm微孔的总孔体积为0.6217 cm3/g和0.6296 cm3/g，重复性偏差为0.008 cm3/g。
与t-图和DR法的结果也比较对应。
但是，≤2nm孔的孔径分布与MP法的结果偏差很大，原因是MP法的基本假设仍延用介孔的假设，说明MP法是不准确的。
结论通过以上论述可以看出多孔炭纤维是一种微孔非常丰富的材料，其微孔主要集中在0.5-0.6nm，由T-图和DR法得到的微孔总孔体积为与HK法得到的 微孔总孔体积是比较对应的，由此看来T-图和DR法在分析的微孔总孔体积方面是比较有意义的，而由MP法得到孔径分布的结果与HK法得到孔径分布偏差很大，说明MP法分析孔径分布是比较粗略的。
而通过JW-BK122F型比表面及孔径分析仪（精微高博）与ASAP2010型比表面及孔径分析仪(麦克)测出的等温曲线的对比。
，可以看出两种仪器的性能是非常接近的。
参考文献[1]曾汉民，陆耘，朱世平．用活性碳纤维回收、提取重黄金[P]．中国，专利号：8810827410．1998．Zeng Han—min，Lu Yun，Zhu Shi-ping．Recovery of gold using activated carbonfiber[P]．Chinese Patent： CN8810827410．1988．(in Chinese)[2]EVilap lana-Ortego，J Alcaniz-Monge，D Cazorla-Amors，et a1．Activated carbon fibre monoliths IJ]．Fuel Processing Technology，2002，(77-78)：445-457．[3] P Navarri，D marchal，A Ginestet．Activated carbon fibre materials for V0C removal[J]．Filtration& Separation，2001，(1．2)：34-40．[4] 吸附科学（原著第二版） 近藤精一，石川达雄著，安部郁夫，李国希译。