專利名稱：一種測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)方法，具體地說，涉及一種基于激光拉曼光譜法測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法。
背景技術(shù)：
碳纖維作為高性能纖維中應(yīng)用比較廣泛的一種，以其優(yōu)異的性能成為尖端科學(xué)中高性能復(fù)合材料最理想的填充材料。碳纖維的性能是由其微結(jié)構(gòu)決定的，因此，弄清碳纖維的微結(jié)構(gòu)特征，了解碳纖維結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響，對(duì)生產(chǎn)高性能碳纖維具有重要意義。激光拉曼光譜作為一種新的研究手段，在研究碳質(zhì)材料的微結(jié)構(gòu)方面得到了廣泛的應(yīng)用和關(guān)注。目前，對(duì)于碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值還沒有準(zhǔn)確詳細(xì)的測(cè)試方法。在US6221490B1中，將碳纖維埋于丙烯酸樹脂中，使用鉆石淤漿濕法拋光，將碳纖維與碳纖維軸成:TC夾角傾斜放置，測(cè)得的I1480/I1580譜帶強(qiáng)度比表示結(jié)晶度。這種方法制樣過程復(fù) 雜，操作困難，要求精密度高，價(jià)格昂貴的制樣儀器配合，且難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果反應(yīng)的是樣品局部信息。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述缺陷，本發(fā)明提供一種過程簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、能實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)的測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法。本發(fā)明的測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，包括下述步驟(I)以丙酮抽提碳纖維樣品，干燥；(2)以包埋劑對(duì)樣品進(jìn)行包埋，固化后低溫脆斷；(3)將樣品斷面垂直粘于樣品臺(tái)上，分別測(cè)定樣品斷面的外層和內(nèi)層的激光拉曼光譜譜圖，對(duì)譜圖進(jìn)行分峰曲線擬合，分別用各自譜圖中位于1490 1510CHT1之間和1590 1600CHT1之間的譜帶強(qiáng)度比值表示內(nèi)層結(jié)晶度Ri和外層的結(jié)晶度Ro，計(jì)算內(nèi)層與外層的結(jié)晶度差值RD = I Ri-Ro I。其中，測(cè)定激光拉曼光譜圖時(shí)所用的激光波長(zhǎng)為514nm或633nm，激光光斑直徑小于等于I μ m。另外，所述的包埋劑為環(huán)氧樹脂類包埋劑。另外，步驟⑴中所述抽提的時(shí)間為12 48小時(shí)，所述干燥的溫度為60 80°C。另外，步驟⑵中所述的低溫脆斷是將樣品浸入液氮中進(jìn)行低溫脆斷。另外，在步驟(3)中，選取5 20個(gè)點(diǎn)測(cè)定樣品斷面的外層和內(nèi)層的激光拉曼光譜譜圖，取譜圖平均值。其中，取激光拉曼光譜譜圖的平均值時(shí)，可先分別選取5 20個(gè)點(diǎn)測(cè)定激光拉曼光譜譜圖，再以分析軟件origin等取得拉曼譜譜圖的平均結(jié)果。另外，本發(fā)明中所述的包埋劑為環(huán)氧樹脂類包埋劑，例如可選用Epon812樹脂包埋劑、環(huán)氧樹脂618包埋劑、Spurr樹脂包埋劑等。另外，包埋條件因選用的包埋劑不同而不同，最終能達(dá)到使樣品固化的目的即可，對(duì)包埋條件無特殊限定。碳纖維由兩相構(gòu)成，其中一相是沿纖維軸高度取向的石墨微晶，這是碳纖維具有良好拉伸性能的原因；另一相則是無序碳結(jié)構(gòu)。碳纖維在制備過程中，單絲內(nèi)層和外層形成不同的結(jié)晶度，其差別來源于在穩(wěn)定化階段內(nèi)外層穩(wěn)定程度不同，內(nèi)層比外層穩(wěn)定化程度低，而且單絲越粗差別越明顯。當(dāng)碳 纖維被施加應(yīng)力時(shí)，內(nèi)外層結(jié)晶度差值變大，外層容易應(yīng)力集中產(chǎn)生高結(jié)晶度，帶來單絲強(qiáng)度的降低。因此，碳纖維內(nèi)層和外層的結(jié)晶度差值為考察碳纖維性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本發(fā)明提供的測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，制樣過程簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，不需要使用價(jià)格昂貴的制樣儀器，而且容易實(shí)現(xiàn)單一樣品的多點(diǎn)測(cè)量，對(duì)樣品進(jìn)行更加全面準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。


圖I為實(shí)施例I中對(duì)低等品碳纖維外層選取20個(gè)點(diǎn)測(cè)量取平均結(jié)果后，得到的纖維外層拉曼譜圖的分峰曲線擬合圖。圖2為實(shí)施例I中對(duì)低等品碳纖維內(nèi)層選取20個(gè)點(diǎn)測(cè)量取平均結(jié)果后，得到的纖維內(nèi)層拉曼譜圖的分峰曲線擬合圖。圖3為實(shí)施例2中對(duì)優(yōu)等品碳纖維外層選取20個(gè)點(diǎn)測(cè)量取平均結(jié)果后，得到的纖維外層拉曼譜圖的分峰曲線擬合圖。圖4為實(shí)施例2中對(duì)優(yōu)等品碳纖維內(nèi)層選取20個(gè)點(diǎn)測(cè)量取平均結(jié)果后，得到的纖維內(nèi)層拉曼譜圖的分峰曲線擬合圖。圖5為實(shí)施例3中對(duì)T700碳纖維外層選取20個(gè)點(diǎn)測(cè)量取平均結(jié)果后，得到的纖維外層拉曼譜圖的分峰曲線擬合圖。圖6為實(shí)施例3中對(duì)T700碳纖維內(nèi)層選取20個(gè)點(diǎn)測(cè)量取平均結(jié)果后，得到的纖維內(nèi)層拉曼譜圖的分峰曲線擬合圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。Epon812樹脂包埋劑、環(huán)氧樹脂618包埋劑和Spurr樹脂包埋劑廠家為北京中鏡科儀技術(shù)有限公司，激光拉曼光譜儀為雷尼紹公司的Raman in Via Plus型儀器。實(shí)施例I取一束由24000根單絲組成的低等品碳纖維絲束(24k碳纖維)用丙酮抽提48小時(shí)，然后放于80°C烘箱中徹底干燥。截取一小段低等品碳纖維于模具中用Spurr樹脂進(jìn)行包埋，將包埋好的樣品塊放在70°C溫箱中8小時(shí)使其固化。包埋固化好的樣品經(jīng)過簡(jiǎn)單的手工修型整理后，將其放于液氮中低溫脆斷。將得到的纖維斷面垂直粘于樣品臺(tái)上，用激光拉曼光譜儀對(duì)纖維斷面的外層和內(nèi)層分別選取5個(gè)點(diǎn)、10個(gè)點(diǎn)、20個(gè)點(diǎn)測(cè)量，激光拉曼光譜儀使用的激光波長(zhǎng)為514nm。以分析軟件origin取譜圖的平均結(jié)果，對(duì)外層和內(nèi)層的譜圖進(jìn)行分峰曲線擬合，用位于1490 ΙδΙΟαιΓ1之間和1590 Ι^ΟΟαιΓ1之間的譜帶強(qiáng)度比值分別計(jì)算內(nèi)層和外層的結(jié)晶度，內(nèi)層和外層的結(jié)晶度差值為RD = |Ri-Ro|，其中Ri表示碳纖維內(nèi)層的結(jié)晶度，Ro表示碳纖維外層的結(jié)晶度。計(jì)算得出的結(jié)果如表I所示表I :24k低等品碳纖維的內(nèi)、外層結(jié)晶度及其差值的測(cè)定值
權(quán)利要求
1.一種測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，其特征在于，包括下述步驟 (1)以丙酮抽提碳纖維樣品，干燥； (2)以包埋劑對(duì)樣品進(jìn)行包埋，固化后低溫脆斷； (3)將樣品斷面垂直粘于樣品臺(tái)上，分別測(cè)定樣品斷面的外層和內(nèi)層的激光拉曼光譜譜圖，對(duì)譜圖進(jìn)行分峰曲線擬合，分別用各自譜圖中位于1490 1510CHT1之間和1590 1600CHT1之間的譜帶強(qiáng)度比值表示內(nèi)層結(jié)晶度Ri和外層的結(jié)晶度Ro，計(jì)算內(nèi)層與外層的結(jié)晶度差值RD = I Ri-Ro I。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，其特征在于，測(cè)定激光拉曼光譜圖時(shí)所用的激光波長(zhǎng)為514nm或633nm，激光光斑直徑小于等于I μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，其特征在于，所述的包埋劑為環(huán)氧樹脂類包埋劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3任一項(xiàng)所述的測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，其特征在于，步驟(I)中所述抽提的時(shí)間為12 48小時(shí)，所述干燥的溫度為60 80°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4任一項(xiàng)所述的測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的低溫脆斷是將樣品浸入液氮中進(jìn)行低溫脆斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5任一項(xiàng)所述的測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，其特征在于，在步驟(3)中，選取5 20個(gè)點(diǎn)測(cè)定樣品斷面的外層和內(nèi)層的激光拉曼光譜譜圖，取譜圖平均值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)定碳纖維內(nèi)層和外層結(jié)晶度差值的方法，其包括(1)以丙酮抽提碳纖維樣品，干燥；(2)以包埋劑對(duì)樣品進(jìn)行包埋，固化后低溫脆斷；(3)將樣品斷面垂直粘于樣品臺(tái)上，分別測(cè)定樣品斷面的外層和內(nèi)層的激光拉曼光譜譜圖，對(duì)譜圖進(jìn)行分峰曲線擬合，分別用各自譜圖中位于1490～1510cm-1之間和1590～1600cm-1之間的譜帶強(qiáng)度比值表示內(nèi)層結(jié)晶度Ri和外層的結(jié)晶度Ro，計(jì)算內(nèi)層與外層的結(jié)晶度差值RD＝|Ri-Ro|。該方法樣品制備過程簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、能實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的全面準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01N21/65GK102866142SQ20111019125
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者張丹丹, 胡衍平, 李瑞亢 申請(qǐng)人:中國(guó)藍(lán)星(集團(tuán))股份有限公司