碳纤维中微孔缺陷的小角X射线散射研究方法

Vol.25高等学校化学学报No.6 2004年6月CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES1124~1127聚丙烯腈基碳纤维中微孔洞的一维多取向小角X射线散射研究黄祖飞1王春忠1魏英进1徐跃1高忠民1华中2陈岗1(1.吉林大学材料科学与工程学院汽车材料教育部重点实验室长春130023;2.吉林师范大学物理系四平136000D摘要应用一维多取向小角X射线散射(SAXS D方法研究了聚丙烯腈(PAN D基碳纤维中微孔洞的形态.结果表明这些微孔洞沿纤维轴方向呈针状并与纤维轴呈@=14 角的取向排列;微孔洞投影在碳纤维横截面上的平均半径R=1.14f m投影在碳纤维轴向上的平均长度L=17.97f m.建立的一维多取向SAXS方法可以得到若干二维SAXS方法才能得到的微孔洞形态及分布信息等参数(如@和L D且在各种纤维的微孔洞或微纤维的表征方面具有一定的普适性.关键词一维多取向小角X射线散射;碳纤维;微孔洞中图分类号O641文献标识码A文章编号0251-0790(2004D06-1124-04碳纤维作为一种比强度和比模量都很高的增强型与功能型高性能纤维材料在航空航天~国防军工等领域及文体用品~机械设备~汽车工业~建筑材料等方面都有广泛的应用.聚丙烯腈(PAN D基碳纤维是碳纤维中最重要的品种之一.研究结果表明可将PAN基碳纤维的结构近似看作由沿纤维轴高度取向的乱层石墨微晶和微孔洞组成的二相体系[1].微孔洞缺陷是在生产过程中造成的结构单元(碳原子条带D堆积不完美的结果可对材料的性能产生决定性影响因而备受关注.研究材料内部孔洞结构的常用技术包括扫描电镜~透射电镜[2]和氮气等温吸附-脱附[3]等但前者制样困难且视场有限后者则只能测开孔而无法测闭孔.相对而言小角X射线散射(SAXS D是另一种更常用的~简易而不具破坏性的有效手段.然而近期一些突破性的表征技术都基于配备位敏正比计数器(PSPC D的针孔准直系统[4]尤其是配备二维小角X射线散射(2D SAXS D设备的同步辐射源[5]等实验条件对许多缺少相应昂贵设备的科研机构和工厂来说并不具有实际的可操作性.本文在普通X射线衍射仪上采用四长狭缝准直系统对PAN基碳纤维中微孔洞的结构进行了多取向的一维小角X射线散射研究在不需考虑光源强度及长狭缝模糊效应的情况下通过简单的数据处理得到碳纤维中微孔洞的关键性参数提供了一种简单有效的替代方法.1实验部分1.1样品制备将中国科学院化学研究所提供的T300级聚丙烯腈基碳纤维平行~紧凑而均匀地粘在一个自制的内直径为3.8cm~外直径为6.5cm的圆环上制成厚约0.5mm的样品.为方便多取向测量时的定位在圆环上以纤维轴方向为0 起点以10 为间隔依次标有角度.1.2仪器及测试方法测试在日本理学D/max-rA型转靶X射线衍射仪上进行Cu Ko辐射Ni滤片55kV>180mA/=0.15418f m.采用四长狭缝准直系统狭缝宽度依次为0.08 0.06 0.25与0.2mm步进扫描步宽0.01 停留时间10S测量范围20:0.2 ~2 .收稿日期:2003-05-09.基金项目:教育部博士点基金(批准号:20010183031D资助.联系人简介:陈岗(1958年出生D男博士教授博士生导师从事材料物理与化学研究.E-mail:jzhaf@.cf采集了纤维轴与狭缝方向(竖直向上)的夹角成0 (平行) 10 20 ~ 90 (垂直)等10个取向的SAXS 强度 相应记作10(S ) 110(S ) 120(S ) ~ 190(S ).其中S =2Sin // 10(S )和190(S )分别为赤道散射强度与经向散射强度.由于样品近似均匀 因而可将各取向的碳纤维与散射体(本文为微孔洞)的数量看作等量 即可在各取向的SAXS 强度间进行比较.2结果与讨论2.1微孔洞的形状和取向图1比较了赤道散射强度10(S )和经向散射强度190(S ).虽然经向散射强度在开始时较大 但其下降也快 很快就达到背底强度而变平整;相反 赤道散射强度开始时较小 但变化很慢 延续了很大的角度范围 在测量范围内仍没有达到背底强度.据Guinier 和Fournet 的倒易散射理论[6]可知 散射体的经向长度比赤道尺寸大很多 即微孔洞在纤维轴方向上的长度要比在横截面上的尺寸大很多.可见微孔洞沿纤维轴方向呈针状结构.为研究方便 一般将微孔洞的形状简化为底面半径为R ~长为L ~与纤维轴的取向夹角为@的细圆柱[6].f ig .1SAXS intensity prof iles of eguatorial andmeridional scatterings f rom carbon fibers f ig .2Schematic diagram of microvoid with a length (L )and a diameter (D )in reciprocal and real space根据SAXS 理论 圆柱状微孔洞在记数管接收狭缝所处的倒易平面上的强度分布呈扁盘状此扁f ig .3SAXS intensities of dif f erent oriented angles at certain scattering angles盘的伸展方向与扫描方向的夹角等于微孔洞轴向与狭缝的夹角 如图2所示[7].四长狭缝准直系统记录的SAXS 强度1(S )实质就是此扁盘上沿扫描方向的每个S 位置在整个狭缝方向(即图2中S 3方向)上的积分强度[4].因而经向散射强度在S 很小时会比赤道散射强度大 而在S 较大时则要小(图1).在S 较大的情况下 微孔洞轴向与狭缝平行时的散射强度最大.于是通过测量纤维轴与狭缝方向成不同夹角时的散射强度 可以由散射强度最大值所对应的夹角得到微孔洞和纤维轴的取向角.图3比较了散射角(2 )一定时 散射强度随夹角的变化情况.由强度极大值对应的横坐标可知 此取向角在10 ~20 间 取平均值得到@=14 .2.2微孔洞的结构参数如果以入射X 射线方向为 轴正方向 扫描方向为 轴正方向 狭缝方向为 轴正方向组成实空间直角坐标系 则四长狭缝准直系统记录的SAXS 强度1(S )实质为 =0时 轴正方向上每个S 点在整个 轴方向的积分强度 因而反映的总是散射体(本文为微孔洞)投影在狭缝横截面上的平均信息 即微孔洞轴向与狭缝平行时的散射强度反映微孔洞横截面的平均信息 垂直时反映的则为轴截面的平均信息.因此 通过赤道散射强度10(S )可以得到微孔洞投影在碳纤维横截面上的平均回转半径R g 及其在入射X 射线方向上的平均长度L [4]:6211No .6黄祖飞等:聚丙烯腈基碳纤维中微孔洞的一维多取向小角X射线散射研究R2g=12T2lims-0d[ln10(s)]ds2(1)L I=1TO10(s)dsO10(s)sds(2)计算结果为Rg=1.78nm,L I=2.03nm.这相当于把微孔洞半径为R,面积为S的圆形横截面转变成了等面积的边长为LI的正方形,故S=TR2=L2I(3)联立式(2)和(3)可得微孔洞投影在碳纤维横截面上的平均半径R=1.14nm.同理,将式(1)应用于经向散射强度190(s),可得到微孔洞投影在碳纤维轴截面上的平均回转半径R g1,R2g1=12T2lims-0d[ln190(s)]ds2(4)求得Rg1=5.22nm.此时微孔洞在碳纤维轴截面上的投影是长为L~宽为LI的长方形,据Glatter和Kratky的理论[8]R2g1=(L2I-L2)/12(5)依式(2),(4)和(5)可解出微孔洞投影在碳纤维轴向上的平均长度L=17.97nm.由于式(2)中的积分范围为0-O,而实际测量范围为smin=0.02266nm1-s max=0.22543nm1 (26=0.2 ~2 ),因而需要利用[s2,ln1(s)]曲线在低s值处的直线部分(Guinier图)和[s2,12/3(s)]曲线在高值s处的直线部分(Porod图)分别外推出smin-0及smax-O的散射强度[4].为提高结果的精确性,10(s)和190(s)均采用2次测量的平均值并已扣除背底.Fig.4Guinier plot of eguatorialscattering Fig.5Porod plot of eguatorial scattering 图4和图5分别为赤道散射的Guinier图和Porod图,图6为经向散射的Guinier图.Porod律指Fig.6Guinier plot of meridional scattering出,如果散射体具有明锐的边界,则Porod图为一严格直线;反之则发生了对Porod律的偏离,说明散射体具有模糊的边界.由图5的数据点弥散而不是密集地分布在拟合直线的两侧可知,本文样品的散射曲线发生了对Porod律的偏离,即微孔洞和石墨微晶间不具有明锐的边界而可能具有一定的非晶过渡区,所测碳纤维不是理想的二相系统.Guinier律则指出,散射体的对称性越差,Guinier图呈现直线的角度范围就越小.比较图4和图6的横坐标可发现,赤道散射比经向散射在更广的s范围内呈一直线.由于两者反映的分别是散射体横截面与轴截面的信息,说明微孔洞横截面的对称性要比轴截面的对称性大得多,这与2.1节得出的微孔洞沿纤维轴方向呈针状结构的结果一致.表1列出了本文与文献的计算结果,其中文献[1,4]结果均采用1D SAXS方法获得,文献[5]结果则采用2获得.考虑到样品差异和实验误差的影响,可见结果基本一致,说明本文方法可6211高等学校化学学报Vol.25行.从表1还可看出,本文可以得到只有2D SAXS 方法才能得到的微孔洞取向G 及其投影在碳纤维轴向Table 1The comparison of the results f or microvoids in carbon f ibers obtained in this paper and ref erencesRef .Shape Preferred orientation G /( )R /nm L /nm This workNeedlelike Along fiber axis 14 1.1417.97[4]Needlelike Along fiber axis 1.58[1]Needlelike Along fiber axis 0.50 1.5020 40[5]Needlelike Along fiber axis 12 210.2540上的平均长度L ,因而对许多缺少昂贵设备如2D SAXS 而只拥有普通X 射线衍射仪及四长狭缝准直系统的科研机构和工厂来说可具有重要的参考意义与应用价值.此外,本文建立的一维多取向SAXS 方法还可应用于其它类似的具有择优取向的二相体系如碳纤维原丝~纤维素纤维~Kevlar 纤维中的微孔洞或微纤维研究.参考文献[1]Ruland W ..J .Polym .Sci .[J ],1969,C 28:143 151[2]Z~ANG Ping (张萍),LIU Yun -Ling (刘云凌),BAI Ni (白妮)et al ..Chem .J .Chinese Universities (高等学校化学学报)[J ],2002,23(8):1466 1469[3]Z~ U Chun -~ui (周春晖),LI ing -Wei (李庆伟),G E Zhong -~ua (葛忠华)et al ..Chem .J .Chinese Universities (高等学校化学学报)[J ],2003,24(8):1351 1355[4]Shioya M .,Takayu A ..J .Appl .Phys .[J ],1985,58(11):4074 4082[5]Thunemann Andreas F .,Ruland W ..M acromolecules [J ],2000,33:1848 1852[6]Statton W . ..J .Polym .Sci .[J ],1962,58:205 220[7]Ran S .,F ang D .,Zong X .et al ..Polymer [J ],2001,42:1601 1612[8]Crawshaw J .,Cameron R .E ..Polymer [J ],2000,41:4691 4698M ulti -orientated 0ne -dimensional S mall A n g le X -ra y S catterin g S tud y ofM icrovoids in P ol y ac y lonitrile -based C arbon F ibers~UANG Zu -F ei 1,WANG Chun -Zhong 1,W E I Ying -Jin 1,XU Yue 1,GA Zhong -M in 1,~UA Zhong 2,C~E N Gang 1%(1.K e y La ZoT at oTy A/t omoZz le M ate Tz al s of Mznzs t Ty of ed/c at zon ,Co lle g e of M ate Tz al s Scz e nc e a nd engzn ee Tzng , z l zn unzU e Tsz t y ,Ch a ngch/n 130023,Chzn a ; 2.D e p a T t m e n t of Physzcs , z l zn \oTm al unzU e Tsz t y ,Szpzng 136000,Chzn a )A bstract The configuration of the microvoids in polyacrylonitrile (PAN )-based carbon fibers was studied by multi -orientated one -dimensional small angle X -ray scattering .The microvoids show a preferred orientation and have needlelike shape elongating along the fiber axis ,and the oriented angle is G 14 .the cross -section radius of the microvoids pro ected onto the fiber cross section is R 1.14nm and the length pro ected onto the fiber axis is L 17.98nm .The method developed in this paper reveals some aspects of the configuration of the microvoids which were only available with two -dimensional small angle X -ray scattering techni ue such as G and L ,and can be applied to the characteri Z ation of the configuration of the microvoids or the microfibrils in other fiber systems .*e yw ords M ulti -orientated one -dimensional SAX ;Carbon fiber ;M icrovoids(E d .:Y ,Z )7211No .6黄祖飞等:聚丙烯腈基碳纤维中微孔洞的一维多取向小角X 射线散射研究聚丙烯腈基碳纤维中微孔洞的一维多取向小角X射线散射研究作者：黄祖飞， 王春忠， 魏英进， 徐跃， 高忠民， 华中， 陈岗作者单位：黄祖飞,王春忠,魏英进,徐跃,高忠民,陈岗(吉林大学材料科学与工程学院,汽车材料教育部重点实验室,长春,130023)， 华中(吉林师范大学物理系,四平,136000)刊名：高等学校化学学报英文刊名：CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES年，卷(期)：2004,25(6)被引用次数：8次参考文献(8条)1.Ruland W查看详情 19692.Thunemann Andreas F;Ruland W Microvoids in polyacrylonitrile fibers: A small-angle X-ray scattering study[外文期刊] 2000(5)3.Shioya M;Takayu A查看详情[外文期刊] 1985(11)4.周春晖;李庆伟;葛忠华介孔硅层柱蒙脱石材料合成的新方法与表征[期刊论文]-高等学校化学学报2003(08)5.张萍;刘云凌;白妮具有高比表面的介孔Co-SiO2微球的合成与表征[期刊论文]-高等学校化学学报2002(08)6.Crawshaw J;Cameron R E A small angle X-ray scattering study of pore structure in Tencel cellulose fibres and the effects of physical treatments[外文期刊] 2000(12)7.Ran S;Fang D;Zong X查看详情[外文期刊] 20018.Statton W O查看详情[外文期刊] 1962本文读者也读过(10条)1.李延根.黄祖飞.王春忠.LI Yan-gen.HUANG Zu-fei.WANG Chun-zhong二次拉伸温度对PAN原丝中微孔洞形貌变化的影响[期刊论文]-吉林大学学报（理学版）2009,47(5)2.高忠民.徐跃.黄科科.李向山炭化条件对炭纤维纳米微孔分形维数的影响[期刊论文]-吉林大学学报（理学版）2005,43(1)3.徐跃.李向山炭纤维中纳米微孔的X射线小角散射分析[期刊论文]-理化检验-物理分册2003,39(1)4.李登华.吕春祥.吴刚平.李永红.贺福.冯志海.李秀涛.郭玉明PAN基炭纤维及其原丝中微孔尺寸分布的研究[会议论文]-20095.王志英.杨玉蓉.华中.WANG Zhi-ying.YANG Yu-rong.HUA Zhong小角X射线散射研究聚丙烯腈预氧丝的微孔结构[期刊论文]-吉林师范大学学报（自然科学版）2009,30(4)6.张睿.徐耀.吕永根.李志宏.孟庆函.李开喜.吴东.凌立成.王俊.赵辉.荣利霞.董宝中小角X射线散射研究制备炭气凝胶过程中凝胶的微结构演化[期刊论文]-新型炭材料2002,17(3)7.余红伟.袁慧五.王源升.魏徵.YU Hong-wei.YUAN Hui-wu.WANG Yuan-sheng.WEI Zheng聚丙烯腈基碳纤维制备工艺研究进展[期刊论文]-材料开发与应用2012,27(1)8.张寿春.温月芳.杨永岗.郑经堂.凌立成衣康酸铵改性对聚丙烯腈热性能的影响[期刊论文]-高分子材料科学与工程2004,20(3)9.谢鸿峰.刘炳华.孙清.袁钻如.沈俭一.程镕时.XIE Hongfeng.LIU Binghua.SUN Qing.YUAN Zuanru.SHEN Jianyi.CHENG Rongshi气相生长碳纤维对环氧树脂固化反应的影响及其复合物固化动力学研究[期刊论文]-高分子学报2005(6)10.FENG Libing.Yang Limin.ZHOU Weiguo.HUANG Li.WAN Min.ZHAO Shouyuan.LI Changben SGK and 14-3-3 protein areinvolved in the serine/threonine phosphorylationmechanism for TPO/MPLsignal transduction[期刊论文]-科学通报(英文版)2001,46(22)引证文献(8条)1.李延根.黄祖飞.王春忠二次拉伸温度对PAN原丝中微孔洞形貌变化的影响[期刊论文]-吉林大学学报（理学版） 2009(5)2.高宇.高忠民.李向山.郭建强.温月芳.杨永岗PAN预氧丝环化程度的定量表征[期刊论文]-高等学校化学学报 2009(10)3.梁艺乐.赵炯心.张幼维.潘鼎纺丝成形工艺和条件对PAN原丝中孔隙的影响[期刊论文]-合成技术及应用2009(3)4.温月芳.郭建强.高忠民.李向山.曹霞.杨永岗.刘朗不同PAN-CF的微晶及孔结构对比[期刊论文]-新型炭材料 2009(2)5.侯锋辉.邓红兵.李崇俊.李瑞珍碳纤维结构的常用表征技术[期刊论文]-纤维复合材料 2008(3)6.高宇.黄科科.华中.高忠民.李向山碳纤维中的单层石墨物相及其对力学性能的影响[期刊论文]-高等学校化学学报 2007(10)7.王建方.吴文健.胡碧茹.满亚辉.陈朝辉PIP法制备Cf/SiC复合材料过程中碳纤维的化学损伤[期刊论文]-高等学校化学学报 2006(10)8.林凤崎.徐樑华.李常清.姚红凝固条件对PAN初生纤维微孔结构形态的影响[期刊论文]-合成纤维工业2006(1)本文链接：/Periodical_gdxxhxxb200406024.aspx。

二维小角X射线散射法研究PAN基炭纤维内部微孔结构盛毅;张彩红;徐耀;吕春祥;吴刚平;吴忠华;李志宏【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2009(24)3【摘要】利用二维小角X射线散射(2D-SAXS)方法,对PAN基炭纤维全部方位角进行微孔结构的研究.样品选取自制炭纤维MHS及日本东丽公司T300,T800产品.结果表明:MHS炭纤维微孔尺寸介于T300与T800之间,长径比t值小于T300和T800.T300中较小微孔(<9.1 nm)和较大微孔(>15.4nm)的含量大于MHS,T800含有大量的微孔短轴小于2nm的小尺寸微孔.MHS炭纤维的界面复杂程度较T300大,而小于T800.炭纤维内部存在由微孔散射导致的密度波动,其波动振幅F值和波动密度n值按MHS、T300和T800依次递减;电子密度波动越小,表明微孔结构越规整,T800的孔结构最规整.炭纤维内各个取向上均有一定结构的微孔分布,但总体上呈现沿纤维轴方向的定向排列.【总页数】7页(P270-276)【作者】盛毅;张彩红;徐耀;吕春祥;吴刚平;吴忠华;李志宏【作者单位】中国科学院炭材料重点实验室中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院炭材料重点实验室中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001;中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院炭材料重点实验室中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001;中国科学院炭材料重点实验室中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001;中国科学院炭材料重点实验室中国科学院山西煤炭化学研究所,山西,太原,030001;中国科学院高能物理研究所,同步辐射实验室,北京,100039;中国科学院高能物理研究所,同步辐射实验室,北京,100039【正文语种】中文【中图分类】TQ342+.742【相关文献】1.高模量PAN基炭纤维的表面研究 [J], 杨玉蓉;华中;仲亚娟;李东风;刘新2.PAN基炭纤维微孔结构的研究 [J], 仲亚娟;孙亚娟;于万秋;刘艳清;魏茂彬;华中3.WAXS/SAXS,SAXS二维全谱拟合研究PAN基炭纤维预氧化、炭化过程中微观结构演变 [J], 李小芸;田丰;高学平;边风刚;李秀宏;王劼4.PAN基炭纤维高效催化石墨化研究 [J], 陆俊萍;刘露;易守军;肖雄;陈金华;崔坤在5.T300与国产PAN基炭纤维的结构和性能研究 [J], 杨玉蓉;杨永生;华中;刘新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第28卷　第2期Vol 128　No 12材　料　科　学　与　工　程　学　报Journal of Materials Science &Engineering 总第124期Apr.2010文章编号:167322812(2010)022*******聚丙烯腈(PAN)基纤维中微孔的2维小角X 射线散射马　骁1,白瑞成1,任慕苏1,孙晋良1,秦显营2,吕永根2(1.上海大学复合材料研究中心,上海　200072;2.东华大学材料科学与工程学院,上海　201620) 【摘　要】　应用二维小角X 射线散射技术对PAN 原丝、预氧丝、碳化丝纤维样品进行表征并采用Fankuchen 切线法处理实验数据,得到微孔的平均结构信息。

X 射线散射集中在探测器平面赤道方向,原丝、预氧丝样品的散射强度相近并小于碳化丝散射强度,表明PAN 基纤维在热处理过程中,纤维内部微孔一直沿纤维轴方向择优取向,在预氧化阶段微孔含量和大小基本保持不变,而在碳化阶段将产生大量微孔,并使微孔取向角增大。

散射数据均呈现Porod 正偏离,说明纤维内部还存在1nm 以下的微结构起伏。

【关键词】　碳纤维;小角X 射线散射;微孔中图分类号:TQ342+.74;O722+.5 文献标识码:A2D Sm all Angle X 2ray Scattering Investigations on the PoreStructure of Polyacrylonitrile (PAN)B ased FibersMA Xiao 1,BAI Rui 2cheng 1,REN Mu 2su 1,SUN Jin 2liang 1,QIN Xian 2ying 2,L V Yong 2gen 2(posite Materials R esearch Center ,Shanghai U niversity ,shangh ai 200072,China ;2.College of Materials Science and E ngineering ,Donghu a U niversity ,sh anghai 201620,China)【Abstract 】　Microvoids in PAN based fibers at different heat t reat ment stages were characterized using atwo 2dimensional small angle X 2ray scattering (2D SAXS )inst rument and t he pore sizes were calculated by Fankuchen gradual tangent met hod assuming t he shapes of t he pores are cylinders.The result s indicate t hat in t he fiber p roduction p rocess ,t he microvoids have been preferentially orientated along t he fiber axis ,and more microvoids create in carbonization stage which could increase t he orientation angle.The average size of pores beco me smaller during t he heat t reat ment process ,and t heir dimensions are about 1.16—1.39nm in radius ,3.67—4.02nm in lengt h.All of t he Porod plot s of fibers show a positive deviation ,suggesting t he existence of microst ruct ure fluct uations below 1nm.【K ey w ords 】　carbon fiber ;small angle x 2ray scattering ;microvoids收稿日期:2009208217;修订日期:2009210220基金项目:上海市重点学科建设资助项目(s30107);上海市科委资助课题资助项目(07DJ 14002,075205104)作者简介:马　骁(1984-),男,硕士研究生,从事高性能纤维及其复合材料的研究工作。

碳纤维及复合材料检测标准（典藏版）提要：汇集整理搜集的有关碳纤维复合材料检测标准项目，包括国家标准（GB）、航空标准（HB）及美国材料协会标准（ASTMD）等，供参考。

部分标准的资料附后。

•碳纤维及其复合材料检测简述碳纤维及其复合材料的检测，目的是为了：描述碳纤维及其复合材料体系的物化、力学及工艺特征，表征体系材料的外貌、微观结构和组成。

包括以下内容：（1）外观形貌及微观结构的观测；（2）物理及化学性能的检测；（3）力学性能的检测；（4）其他特别需要检测的项目。

•检测标准汇集1、增强材料检测标准汇集如下：序号检测项目使用标准测定方法1 原丝表面形貌及粗糙度GB/T23442-2009 原子力显微镜（AFM）法2 原丝微空洞缺陷GB/T23442-2009 小角X射线散射法（SAXD）3 原丝表面元素组成GB/T23442-2009 X射线光电子能谱法（XPS）4 原丝丙烯腈单元立构规整度GB/T23442-2009 碳13-核磁共振（NMR）5 原丝分子量及分布GB/T23442-2009 浸胶渗透色谱（GPC）法。

6 原丝共聚组成GB/T23442-2009 红外光谱（IR）法7 原丝共聚组成GB/T23442-2009 质子-核磁共振（H-NMR）法8 原丝晶区取向GB/T23442-2009 X射线衍射（XRD）法9 原丝取向函数GB/T23442-2009 红外光谱（IR）法10 原丝玻璃化转化温度GB/T23442-2009 示差扫描量热法（DSC）11 原丝预氧化热效应GB/T23442-2009 示差扫描量热法（DSC）12 原丝热失重GB/T23442-2009 动态热重法（TGA）13 原丝长丝密度及变异系数GB/T14343-2008 质量法。

14 原丝（单丝）拉伸强度GB/T14337-2008 机械拉伸法。

15 原丝（单丝）拉伸强度变异系数GB/T14337-2008 机械拉伸法。

专利名称：一种小角X射线散射的全谱拟合方法及系统专利类型：发明专利
发明人：朱才镇,海洋,崔可建,赵宁,徐坚
申请号：CN201610538586.6
申请日：20160708
公开号：CN107590296A
公开日：
20180116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出了一种小角X射线散射SAXS的全谱拟合方法，包括：获取步骤：获得分析对象的散射强度实验图谱；建模步骤：根据散射强度实验图谱的特征以及分析对象的特点选择散射体的模型，从而确定散射体的散射振幅，构建散射强度计算公式；解析步骤：调整所述模型中的各可调参数，使得根据所述散射强度计算公式得到的计算图谱与所述散射强度实验图谱之差最小，即可解析出所述模型的各参数；其中，所述散射体为椭球体。

本发明还提出了一种小角X射线散射的全谱拟合系统。

本发明为利用小角X射线散射进行有效观测材料介观尺度结构的无损检测提供了更好的数据支持。

申请人：深圳大学,中国科学院化学研究所
地址：518060 广东省深圳市南山区南海大道3688号
国籍：CN
代理机构：北京知元同创知识产权代理事务所(普通合伙)
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多孔碳孔径测试方法
1. 气体吸附法：BET（Brunauer-Emmett-Teller）理论：主要用于测量微孔（直径小于2nm）的比表面积和孔径分布，通过氮气或氩气在低温下对样品进行吸附，根据吸附等温线数据计算得到。

BJH （Barrett-Joyner-Halenda）模型：分析脱附等温线以推算出孔径分布，特别适用于介孔材料孔径分布的测定。

2. 压汞法（Pore Size Distribution by Mercury Porosimetry, PSM）：利用液态汞在恒定压力下渗入样品孔隙的特性，通过测量不同压力下进入样品内部的汞量来确定孔径大小，该方法适用于中孔到大孔（几纳米至几百微米）范围的测定。

3. 气体渗透法：通过测量气体透过样品的速度来估算平均孔径，尤其对于具有连续孔径分布且孔径较大的多孔材料较为适用。

4. X射线小角散射法（SAXS, Small-Angle X-ray Scattering）：对于孔径在纳米尺度的多孔材料，可以使用SAXS技术，通过分析X
射线在物质内部的散射现象，获取孔径大小和分布信息。

5. 离心力法（如超速离心沉降法）：尽管不常见于多孔碳材料的孔径测定，但此法可用于特定条件下的粒度和孔径分析。

6. 电子显微镜观察与图像分析：可以借助扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及高分辨率透射电镜（HRTEM）直接观测并定量分析孔径，但这种方法主要针对个别区域而非整个样品的孔径分布。

炭纤维微观结构表征：X射线衍射李登华;吕春祥;郝俊杰;杨禹;吕晓轩;杜素军;刘哲【摘要】X射线衍射(XRD)作为研究材料内部晶态结构的重要方法,在炭材料表征技术领域有着广泛的应用.对炭纤维而言,观察相应衍射峰可以对晶态结构及其变化过程做定性的比较研究,也可以通过数据解析获得炭纤维的各类晶态结构参数,从而实现对内部织构及其变化过程的量化分析.近几年随着设备性能和应用技术的不断进步,XRD的一些新理论、新方法、新应用陆续出现,拓展了该技术在炭材料内部微应力、晶态织构、择优取向特征等方面的应用.有鉴于此,本文综述了近年来炭纤维微观结构表征技术在理论、技术及应用等方面的进展情况.着重阐述了XRD在炭纤维内部微观应力/应变、晶态结构、结构取向性、石墨化程度等方面的创新应用及数据分析技术.【期刊名称】《新型炭材料》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】8页(P1-8)【关键词】炭纤维;晶态结构;X射线衍射;微观应力;炭积层分布【作者】李登华;吕春祥;郝俊杰;杨禹;吕晓轩;杜素军;刘哲【作者单位】山西省交通科学研究院新型道路材料国家地方联合工程实验室,山西太原 030006;中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维制备技术国家工程实验室,山西太原 030001;山西钢科碳材料有限公司,山西太原 030100;中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维制备技术国家工程实验室,山西太原 030001;中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维制备技术国家工程实验室,山西太原 030001;山西省交通科学研究院新型道路材料国家地方联合工程实验室,山西太原 030006;山西省交通科学研究院新型道路材料国家地方联合工程实验室,山西太原 030006【正文语种】中文【中图分类】TQ342+.741 前言炭纤维作为广泛应用在航空航天、军事、体育器材、气象、交通、建筑、医疗器械等领域的结构材料和功能材料，具有其它常规材料无与伦比的优异性能[1-3]。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要残余应力会使碳纤维复合材料的稳定性降低，而且会提高碳纤维复合材料后续工序难度。

因此，研究界面应力分布有利于减小由碳纤维复合材料局部应力过大发生事故的概率，分析碳纤维复合材料应力分布有助于预防其失效。

所以研究碳纤维复合材料界面意义十分明显。

本文据此提出利用X射线衍射法来进行探究。

本文理论部分先简明扼要地讲述了X射线自发现以来一百多年的发展历程，然后阐述了X射线衍射法测定应力的物理原理，其中利用了布拉格方程及广义胡克定律，同时也讲述了实验测定方法。

实验部分先对试样进行相关力学参数，然后进行X射线衍射实验，最后得出对于结晶度较低的碳纤维复合材料而言，X射线衍射法的测定效果并不理想的结论，并提出试样结晶度与X射线衍射结晶峰二者关系的进一步探究性实验。

关键词：碳纤维复合材料；界面应力；X射线衍射Study on Interface Stress Distribution of Carbon Fiber Composite byX-ray DiffractionAbstractThe residual stress will reduce the stability of the carbon fiber composite and increase the difficulty of the subsequent process. Therefore, the study of interface stress distribution is conducive to reduce the probability of accidents caused by excessive local stress of carbon fiber composite, and the analysis of stress distribution of carbon fiber composite is helpful to prevent its failure. So it is significant to study the interface of carbon fiber composite. In this paper, X-ray diffraction method is proposed. In the theoretical part of this paper, the development course of X-ray in more than 100 years since its discovery is briefly described, and than the physical principle of measuring stress by X-ray diffraction method is described, in which Bragg equation and generalized Hooke’s law are used, as well as experimental measurement method. In the experimental part, the mechanical parameters of the sample were firstly tested, then the X-ray diffraction experiment was carried out. Finally, the conclusion that the measurement effect of X-ray diffraction is not ideal for carbon fiber composite with low crystallinity was drawn, and the further exploratory experiment of the relationship between the crystallinity of the sample and crystal peak of X-ray diffraction was put forward. Keywords: Carbon fiber composite;Interface stress;X-ray diffraction1 引言X射线衍射技术是目前研究晶体结构非常有力的方法，它能够反映物质微观结构信息。

碳纤维微孔表面分形维数研究闫国民;杨玉蓉;张春光【摘要】根据聚丙烯腈基碳纤维微孔表面的特点,计算了碳纤维微孔缺陷表面的分形维数,并分析了分形维数与拓扑维数之差的关系.结果表明:碳纤维内部微孔表面的分形维数在热处理温度升高的同时表现为增大,说明微孔表面粗糙度增大.从统计意义上讲,显露于微孔缺陷表面的分形结构自相似性更显著.【期刊名称】《黑河学院学报》【年(卷),期】2015(006)006【总页数】3页(P126-128)【关键词】碳纤维;微孔;分形维数;拓朴维数【作者】闫国民;杨玉蓉;张春光【作者单位】黑河学院,黑龙江黑河164300;黑河学院,黑龙江黑河164300;黑河学院,黑龙江黑河164300【正文语种】中文【中图分类】TQ531.1聚丙烯腈基碳纤维具有高比强度、比模量，耐摩擦磨损等优异性能，作为增强材料在许多高科技领域被广泛应用［1］。

研究表明，由于聚丙烯腈基碳纤维制备工艺的不完善，在碳纤维内部存在大量的影响纤维力学性能的微孔洞缺陷［2］。

因此，对聚丙烯腈基碳纤维内部微孔缺陷的形状、尺寸、粗糙程度进行定量表征，可以为制备具有优异性能的碳纤维提供一定的理论基础。

将组成整体的每个部分进行放大，具有和整体相似的特点，这种特性被称为自相似性。

其中，分形树是一种常见的自相似图。

如图1所示，将一根直线分成3个等份，分别在第一个1/3和第二个1/3的高度所在位置处添加两个分支，其长度均为直线长度的1/3，与直线夹角为30°。

经过这种变换，原来的图形就由缩小为1/3的5小部分组成。

采用这种方法对各个分支进行第二次迭代，得到的图形如图1(b)所示。

经过三次迭代后得到图1(c)。

如果继续进行迭代，能够获得具有自相似性的分形结构。

其中，每一部分都和整体具有自相似性［3］。

还有其他分形结构，如图2的三分Cantor集，图3的Sierpinski垫的各代结构，图4(见下页)的Sierpinski地毯的基本结构及图5(见下页)构成二维分形结构的正方形迭代元。