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碳纤维的结构

 碳纤维的结构

碳纤维的结构决定于原丝结构和炭化工艺。对有机纤维进行预氧化、炭化等工艺处理,除去有机纤维中碳以外的元素按,形成聚合多环芳香族平面结构。在碳纤维形成过程中,随着原丝的不同,质量损失可达10-80%,形成了各种微小的缺陷。但无论用哪种材料,高模量的碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行的取向。用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是最基本结构单元,一般由数张十张层片组成石墨微晶,这就是碳纤维的二级结构单元。层片之间的距离叫面间距d,由石墨微晶组成原纤维,其直径为50nm左右,长度为数百nm,这是纤维的三级结构单元。碳纤维结构是高倍拉伸的、沿轴向择优取向的原纤维和空穴构成的高度有序织态结构。影响碳纤维强度的重要因素是纤维中的缺陷。碳纤维中的缺陷主要来自两方面,一方面是原丝带来的缺陷,另一方面是炭化过程中产生的缺陷。原丝带来的缺陷在炭化过程中可能消息小部分,而大部分将保留下来,变成碳纤维的缺陷,同时,在炭化过程中,由于大量的元素以及各种气体的形成逸出,使纤维表面和内部形成空穴和缺陷。
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