Микро- структур а угле- волокон (а, б)

и

ПАН (в, г)

МИКРОСТРУКТУРА УВМ

Высокие механические характеристики УВМ обусловлены их своеобразной микроструктурой, которую можно идентифицировать как «микрокомпозитную».

•Характерной особенностью микроструктуры УВ является

•наличие оболочки, состоящей из периферических фибрилл.

•Средняя толщина оболочки составляет 0,1 - 0,2 мкм.

•микроструктура исходных ПАН волокон:

•видно их «микрокомпозитное» строение:

•полимерные фибриллы со средним поперечным размером 0,25-27 мкм

•распределены в однородной (темнопольной) - микроматрице.

•Содержание фибрилл колеблется в пределах 53-65%.

МИКРОСТРУКТУРА УВМ

Высокие механические характеристики УВМ обусловлены их своеобразной микроструктурой, которую можно идентифицировать как «микрокомпозитную».

•зависимость модуля упругости обусловлена

•структурной неоднородностью волокон различного диаметра.

•Эффект связан с особенностями их формования.

•При продавливании формовочного раствора (расплава) через отверстия фильеры меньшего диаметра

•увеличивается скорость истечения струйки

•возрастает градиент скорости течения жидкости в канале, что приводит к более высокой ориентации макромолекул полимера и, соответственно, повышенному модулю упругости волокна.

•имеется наследственный характер масштабной зависимости модуля упругости УВ.

МИКРОСТРУКТУРА УВМ

Высокие механические характеристики УВМ обусловлены их своеобразной микроструктурой, которую можно идентифицировать как «микрокомпозитную».

•Углеродные волокна относятся к структурно-неоднородным твердым телам,

•вследствие чего распределение значений их прочности не подчиняется нормальному закону.

•для расчета прочности УВ необходимо определение

•не только величин модуля упругости,

•но и величин свободной поверхностной энергии

•и радиуса опасной микротрещины для каждого элементарного волокна,

•реальная прочность равна теоретической, деленной на коэффициент концентрации напряжений, обусловленных

•структурными дефектами поверхности и объема

•стохастическими дефектами, не связанными со структурой волокна (надрезы, раковины, инородные включения, обрывы и петли фибрилл и т. п.).

МИКРОСТРУКТУРА УВМ

Высокие механические характеристики УВМ обусловлены их своеобразной микроструктурой, которую можно идентифицировать как «микрокомпозитную».

•Процесс кристаллизации углеродной матрицы

•протекает при температурах, превышающих 2773 К,

•при более низких температурах он не может быть реализован.

•Чем выше степень аксиальной ориентации

волокна, точнее, его фибриллярной фазы, тем выше модуль упругости.

МИКРОСТРУКТУРА УВМ

Высокие механические характеристики УВМ обусловлены их своеобразной микроструктурой, которую можно идентифицировать как «микрокомпозитную».

•Стабильность модуля упругости УВ

•в технологическом пучке (жгуте, нити)

•зависит

•главным образом от вариации диаметра волокон.

СТРУКТУРЫ УВМ

•В процессе карбонизации по мере роста температуры

•происходит газификация

•удаление всех атомов органического полимера, за исключением атомов углерода.

•Образовавшиеся УВ

•состоят из полициклических ароматических фрагментов, имеющих плоскую шестичленную сотовую структуру.

•В процессе графитизации

•накапливаются ароматические фрагменты.

•повышается

•модуль упругости

•электропроводность волокон.

Схема

механизма

стабилизации

и

последующей

карбонизации

при

получении

УВМ

ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ УВМ

•Структура и свойства элементсодержащих волокон зависят

•от степени содержания в них введенных соединений различных элементов,

•от конечной температуры термообработки

•соотношения в них углерода и водорода.

•при тех же температурах термолиза

•получены многочисленные материалы, существенно различающиеся по комплексу физических и химических

свойств.