碳纖維定性定量分析方法研究.pdf

1、碳纖維（Carbon Fiber），是一種主要由碳元素組成的特殊纖維，碳纖維的顯著特點是強度高，模量高，密度小。由于碳纖維具有諸多優(yōu)異的綜合性能，碳纖維的應用領域廣泛，主要應用于航空航天、文體用品、紡織、醫(yī)療器械、生物工程、建筑材料、化工機械、運輸車輛等方面。碳纖維的表征技術已經相當成熟，但對于碳纖維的鑒別技術研究目前尚沒有相關報道，而航天、工業(yè)、土木工程等產業(yè)對該纖維需求量卻與日俱增，由此產生的經濟糾紛時有發(fā)生，研究和開發(fā)碳纖維的鑒別

2、技術顯得日益迫切。本項目的研究和開發(fā)可以形成碳纖維的系統(tǒng)檢驗方法，使得企業(yè)以及消費者發(fā)生經濟糾紛時有據可依。
　　本文利用民用的聚丙烯腈基碳纖維為研究對象，對研究碳纖維結構和性質的觀察的基礎上，對碳纖維定性和定量分析方法進行研究，其中，采用了燃燒法、溶解法、掃描電鏡法、拉曼光譜和紅外吸收光譜法五種方法對碳纖維進行定性鑒別；采用化學溶解的方法和形態(tài)學觀察法對碳纖維進行定量鑒別。具體結論如下：
　?。?）在碳纖維結構和性質研究中

3、，利用掃描電鏡觀察碳纖維的形態(tài)結構。實驗材料中利用干噴濕紡紡制的PAN基碳纖維纖維體密度較高，表面平滑無溝槽，橫向結構均勻，無皮芯；利用紅外光譜儀來研究碳纖維的微觀結構，從而得到碳纖維的紅外光譜圖。從碳纖維的紅外光譜圖中可以看出碳纖維是沒有吸收峰的，由此可以判定碳纖維沒有特征基團；在碳纖維的性能研究中，分別測試了碳纖維的直徑和拉伸斷裂性能，無論是同一碳纖維的不同部位或者是不同碳纖維單絲的直徑差異均較小，碳纖維的拉伸斷裂強度要明顯高于芳綸

4、和玄武巖。
　　（2）在碳纖維定性鑒別中，利用掃描電鏡觀察不同紡絲方法得到的碳纖維表面形態(tài)不同，因此單獨通過掃描電鏡來鑒別碳纖維是不夠的，需要借助其它的鑒別方法；碳纖維在燃燒試驗中出現的特殊燃燒現象可以為其定性鑒別提供參考；碳纖維在化學溶解實驗中的溶解特征與目前所知的各種纖維都不同，它不溶于常規(guī)試劑，是該纖維定性鑒別的重要依據；同時碳纖維的紅外光譜中無吸收峰，無特征基團，也可以作為碳纖維區(qū)別其它纖維的主要特征之一；在結合其它定性鑒

5、別方法的基礎上，可以通過碳纖維拉曼光譜中的D峰和G峰位置來定性判定鑒別纖維為碳纖維。
　?。?）在碳纖維定量鑒別中，當碳纖維與化學性能相同而纖維的形態(tài)差異較大的纖維混紡時，依據纖維的形態(tài)結構不同對碳纖維進行定量鑒別；當碳纖維與化學性能差異較大的纖維混紡時，通過化學溶解的方法進行定量鑒別。首先得出碳纖維在各種試劑條件下的質量修正系數，然后再根據得到的質量修正系數合理的設置碳纖維與其他纖維混紡樣品的定量分析方法。實驗結果顯示，定量實驗