俄羅斯正在研究開發碳纖維微觀結構

俄羅斯用于宇航工業的碳纖維復合材料有多個品種，有碳塑料型的，是直接壓制法制造；有碳纖維機織物或碳纖維針織物，經酚醛樹脂改性浸漬后卷繞而成的，等等。在零件制造過程中，復合材料會出現內部的層離現象，這與碳纖維復合材料的不均勻性和各向異性有關。近年不同企業，采用不同工藝生產的碳纖維及其織物品質參差不齊，把它們用于火箭、無線電宇航技術的復合材料時，使用單位需要對其生產廠商、生產批次進行優選，才能保證品質和性能的可靠。

俄羅斯烏拉爾化學科學研究院等科研院所對不同產地的粘膠基碳纖維、粘膠基碳纖維織物，共計六種，進行了微觀結構上的分析研究。三種碳纖維的生產廠商分別為俄羅斯薩拉多夫州巴拉科夫材料廠股份公司、白俄羅斯光明山《化纖》生產聯合體、白俄羅斯莫吉廖夫人造纖維廠。三種碳纖維織物的生產廠商均為白俄羅斯光明山《化纖》生產聯合體。研究采用熱解質量分析法、水銀孔率測定法、電子顯微鏡法，樣品長度2-3mm。 本文來自123

將樣品加熱，三種碳纖維在25℃-120℃時，分別出現7.3%-9.1%的質量損失，其原因是水氣排出，或其他揮發物質排出。而三種碳織物在上述溫度下未見質量損失。全部樣品進一步加熱達600℃，質量損失不大。在更高溫度下的質量變化發生在氧化過程中，受氧氣的影響。熱解質量分析證明，碳纖維有孔，其中吸附的水氣和揮發物質在加熱時可分解，孔的尺寸從0.3-10微米，組成所有孔容積的基本部分。還發現，碳纖維存在為數不多的納米孔，直接分布于纖維體中。雖然碳纖維和碳纖維織物的樣品都有孔，但結構有所不同。電子顯微鏡照片可見，碳纖維織物由單纖維組成，這種單纖維表面光滑，可見的孔僅在纖維表面端部，因此熱解質量分析時，直至500℃，纖維質量都未見損失。 本文來自123

碳纖維孔中的可揮發物質，在后序的熱加工過程中，可能會出現某些無法預料的“復雜性”，吸附—解吸過程發生在碳纖維復合材料或碳纖維預浸漬體的高溫加工時，使加工成品品質變差，在加熱加壓后，被吸附的物質從材料中分離出來，積累在纖維表面區域，形成有機顆粒，這樣增大了應力集中的概率，會在碳纖維復合材料中形成缺陷或疵點。

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對于這種碳纖維復合材料，不適合使用材料硬度檢驗。采用可溶性有機溶劑，萃取劑是丙酮、乙醇、揮發性碳氫化合物，吸附進纖維孔中，干燥時不會被排除。精確了解碳纖維結構和吸附性質的數據，有助于碳纖維復合材料的質檢分析，正確執行零件制造工藝中的校正規程，以求使宇航工業精密零件的缺陷與不足，降至最低水平。 copyright 123456