高性能碳纤维内部结构的同步辐射小角X散射的研究

本研究项目将采用上海光源的同步辐射小角X射线散射站为工作平台，利用小角X射线散射技术研究与表征聚丙烯腈纤维及碳纤维的内部结构，建立表征纤维内部结构的方法。并以此为基础，系统研究在不同外场作用下碳纤维制备过程中纤维的结构，包括纤维成型过程中多个参数与条件的控制，以揭示纤维制造过程中各项参数对于纤维结构的影响与作用。充分应用同步辐射高强度、快速的特点，开展碳纤维制备过程中原位、实时的结构表征工作，以确定纤维预氧化、碳化过程中纤维内部结构、缺陷的演化过程与规律。本研究项目还将进行纤维破坏力学的在线研究，从微观的角度揭示纤维破坏过程的结构细节信息，以揭示纤维优越力学性能的根源。本研究项目是针对国家重要战略资源材料的应用性基础研究项目，将为碳纤维的制造与应用提供重要的指导性信息，同时也会推动相关的表征方法、工艺、以及材料物理研究的进步。

本研究项目以上海光源的同步辐射小角X 射线散射（SAXS）站为平台，研制了多套原位SAXS装置，建立了2D SAXS分析碳纤维内部结构的方法并编写了相应的分析软件。利用研制的装备和建立的分析方法研究了聚丙烯腈(PAN)纤维及碳纤维的内部结构、PAN基碳纤维预氧化、碳化过程中微结构的演化机理、碳纤维断裂过程中微孔的演化机理、典型碳纤维的结构-性能之间的相关性。揭示了纤维制造过程中各项参数对于纤维结构的影响与作用，还从微观的角度揭示了纤维破坏过程的结构细节，有助于深入理解碳纤维优越力学性能的根源。本项目建立的装备和方法还可以应用于其它多种材料的研究，如芳纶纤维、交联的聚四氟乙烯等。. 本项目的实施为碳纤维的制造与应用提供了重要的指导性信息，同时也推动了相关的表征方法、工艺、以及材料物理研究的进步。