·计算材料学·
碳纤维模量的结构相关性理论研究及验证
苏世州何烨高益军户晓媛
（北京化工大学，有机无机复合材料国家重点实验室碳纤维及功能高分子教育部重点实验室，北京100029）
曹维宇
文摘从模量的基本理论出发，推导了碳纤维类石墨微晶模量与其结构参数所存在的函数关系。结果表明：碳纤维微晶模量受形状因子和取向角的协同影响：随着形状因子的增大，碳纤维微晶模量先快速上升后缓慢下降，而随着取向角的减小，微晶模量增加。利用X射线衍射的方法，测定了碳纤维的取向角和形状因子，进而得到碳纤维的计算模量，与实测的碳纤维模量基本接近，验证了模量理论分析的适用性。
关键词碳纤维，模量，取向角，形状因子
中图分类号：TB33
D0I:10.3969/j. issn. 10072330.2015.03.002
StructuralDependenceoftheModulusforCarbonFibers
SUShizhou
HU Xiaoyuan
HEYeGAOYijun
CAOWeiyu
(State Key Laboratory of Organic-lnorganie Composites, The Key Laboratory of Education Ministry on Carbon Fiber
and Functional Polymer, Beijing University of Chemical Technology, Beijing100029)
Abstract On the basis of the theory of modulus, the mathematic function of the modulus with parameters of pseudographite crystallite for carbon fiber was derived. The results indicated that the crystalline modulus of carbon fiber was affected by the shape factor and the orientation angle. With the increasing of shape factor, the crystalline modulus of carbon fiber was rised up firstly and then decreased. While the orientation angle was decreased, the modu lus was increased. The calculated modulus of carbon fiber from crystalline parameters, which was obtained from X-ray diffraction analysis, was closed to the measured value. It means the equation was satisfied the structure dependence of the modulus for carbon fiber
Key words Carbon fiber, Modulus, Orientation angle,Shape factor
0引言
碳纤维的高模量特性，使得复合材料具有良好的力学性能，尤其是具有优异的尺寸稳定性，可在复杂
苛刻的外空间环境中作为结构材料使用
碳纤
维的模量与其内部乱层石墨结构相关，而作为碳纤维
物理结构单源
拉伸模量是1
间则存在相
的
行微晶，数量
的主要贡献
县方向的理论
的有累微品，其石激片层
051P8
面微纤维的
与理论值之
当大的差距，这是由于类石墨微晶结构特
点以及排列方间存在一
定的购顾用成用
本文
从模量的基本理论出发，推导碳纤维类石墨微晶模量
的结构依赖性所存在的数学函数关系
年从理论上分
析碳纤维的结构参数对类石墨微晶模量的影响规律同时，通过X-射线衍射的方法，测定不同制备条件下获得碳纤维的取向角和形状因子，将碳纤维的计算模
收稿日期：2015-05-14
量与实测模量进行对比，以验证所推导的函数关系的适用性。通过以上研究，希望能进一步揭示影响碳纤维模量的结构因素及其规律，为制备高性能碳纤维提
供基础理论指导。 1实验
1.1样品制备
将国产6KPAN原丝经过预氧化、炭化阶段制得具有不同结构的碳纤维样品。保持预氧化条件不变根据需要设定不同的炭化温度和牵伸匹配，共获得8
个条件下的实验样品。 1.2结构参数测定
采用日本理学公司的D/max-2550PC型多晶衍射仪，Cu、Kα（入=0.154098nm），管电压40kV，管电流300mA。对碳纤维样品进行赤道扫描，并针对赤道扫描中(002)衍射峰进行方位角扫描。
基金项目：国家"973"计划（2011CB605603）
作者简介：苏世州，1987年出生，碳士研究生，主要从事聚丙烯睛基碳纤维的研究。E-mail；820362984@qq.com 通讯作者：鲁维宇，Email：caowymail.buct.edu.en
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2015年第3期
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