专利名称：一种测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法
技术领域：
本发明涉及一种检测方法，具体地说，涉及一种基于激光拉曼光谱法测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法。
背景技术：
碳纤维作为高性能纤维中应用比较广泛的一种，以其优异的性能成为尖端科学中高性能复合材料最理想的填充材料。碳纤维的性能是由其微结构决定的，因此，弄清碳纤维的微结构特征，了解碳纤维结构对性能的影响，对生产高性能碳纤维具有重要意义。激光拉曼光谱作为一种新的研究手段，在研究碳质材料的微结构方面得到了广泛的应用和关注。目前，对于碳纤维内层和外层结晶度差值还没有准确详细的测试方法。在US6221490B1中，将碳纤维埋于丙烯酸树脂中，使用钻石淤浆湿法抛光，将碳纤维与碳纤维轴成:TC夹角倾斜放置，测得的I1480/I1580谱带强度比表示结晶度。这种方法制样过程复 杂，操作困难，要求精密度高，价格昂贵的制样仪器配合，且难以实现多点测量，测量结果反应的是样品局部信息。
发明内容
鉴于上述缺陷，本发明提供一种过程简单、可操作性强、能实现对样品全面准确地评价的测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法。本发明的测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，包括下述步骤(I)以丙酮抽提碳纤维样品，干燥；(2)以包埋剂对样品进行包埋，固化后低温脆断；(3)将样品断面垂直粘于样品台上，分别测定样品断面的外层和内层的激光拉曼光谱谱图，对谱图进行分峰曲线拟合，分别用各自谱图中位于1490 1510CHT1之间和1590 1600CHT1之间的谱带强度比值表示内层结晶度Ri和外层的结晶度Ro，计算内层与外层的结晶度差值RD = I Ri-Ro I。其中，测定激光拉曼光谱图时所用的激光波长为514nm或633nm，激光光斑直径小于等于I μ m。另外，所述的包埋剂为环氧树脂类包埋剂。另外，步骤⑴中所述抽提的时间为12 48小时，所述干燥的温度为60 80°C。另外，步骤⑵中所述的低温脆断是将样品浸入液氮中进行低温脆断。另外，在步骤(3)中，选取5 20个点测定样品断面的外层和内层的激光拉曼光谱谱图，取谱图平均值。其中，取激光拉曼光谱谱图的平均值时，可先分别选取5 20个点测定激光拉曼光谱谱图，再以分析软件origin等取得拉曼谱谱图的平均结果。另外，本发明中所述的包埋剂为环氧树脂类包埋剂，例如可选用Epon812树脂包埋剂、环氧树脂618包埋剂、Spurr树脂包埋剂等。另外，包埋条件因选用的包埋剂不同而不同，最终能达到使样品固化的目的即可，对包埋条件无特殊限定。碳纤维由两相构成，其中一相是沿纤维轴高度取向的石墨微晶，这是碳纤维具有良好拉伸性能的原因；另一相则是无序碳结构。碳纤维在制备过程中，单丝内层和外层形成不同的结晶度，其差别来源于在稳定化阶段内外层稳定程度不同，内层比外层稳定化程度低，而且单丝越粗差别越明显。当碳 纤维被施加应力时，内外层结晶度差值变大，外层容易应力集中产生高结晶度，带来单丝强度的降低。因此，碳纤维内层和外层的结晶度差值为考察碳纤维性能的一项重要指标。本发明提供的测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，制样过程简单，可操作性强，不需要使用价格昂贵的制样仪器，而且容易实现单一样品的多点测量，对样品进行更加全面准确的评价。
图I为实施例I中对低等品碳纤维外层选取20个点测量取平均结果后，得到的纤维外层拉曼谱图的分峰曲线拟合图。图2为实施例I中对低等品碳纤维内层选取20个点测量取平均结果后，得到的纤维内层拉曼谱图的分峰曲线拟合图。图3为实施例2中对优等品碳纤维外层选取20个点测量取平均结果后，得到的纤维外层拉曼谱图的分峰曲线拟合图。图4为实施例2中对优等品碳纤维内层选取20个点测量取平均结果后，得到的纤维内层拉曼谱图的分峰曲线拟合图。图5为实施例3中对T700碳纤维外层选取20个点测量取平均结果后，得到的纤维外层拉曼谱图的分峰曲线拟合图。图6为实施例3中对T700碳纤维内层选取20个点测量取平均结果后，得到的纤维内层拉曼谱图的分峰曲线拟合图。
具体实施例方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。Epon812树脂包埋剂、环氧树脂618包埋剂和Spurr树脂包埋剂厂家为北京中镜科仪技术有限公司，激光拉曼光谱仪为雷尼绍公司的Raman in Via Plus型仪器。实施例I取一束由24000根单丝组成的低等品碳纤维丝束(24k碳纤维)用丙酮抽提48小时，然后放于80°C烘箱中彻底干燥。截取一小段低等品碳纤维于模具中用Spurr树脂进行包埋，将包埋好的样品块放在70°C温箱中8小时使其固化。包埋固化好的样品经过简单的手工修型整理后，将其放于液氮中低温脆断。将得到的纤维断面垂直粘于样品台上，用激光拉曼光谱仪对纤维断面的外层和内层分别选取5个点、10个点、20个点测量，激光拉曼光谱仪使用的激光波长为514nm。以分析软件origin取谱图的平均结果，对外层和内层的谱图进行分峰曲线拟合，用位于1490 ΙδΙΟαιΓ1之间和1590 Ι^ΟΟαιΓ1之间的谱带强度比值分别计算内层和外层的结晶度，内层和外层的结晶度差值为RD = |Ri-Ro|，其中Ri表示碳纤维内层的结晶度，Ro表示碳纤维外层的结晶度。计算得出的结果如表I所示表I :24k低等品碳纤维的内、外层结晶度及其差值的测定值
权利要求
1.一种测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，其特征在于，包括下述步骤 (1)以丙酮抽提碳纤维样品，干燥； (2)以包埋剂对样品进行包埋，固化后低温脆断； (3)将样品断面垂直粘于样品台上，分别测定样品断面的外层和内层的激光拉曼光谱谱图，对谱图进行分峰曲线拟合，分别用各自谱图中位于1490 1510CHT1之间和1590 1600CHT1之间的谱带强度比值表示内层结晶度Ri和外层的结晶度Ro，计算内层与外层的结晶度差值RD = I Ri-Ro I。
2.根据权利要求I所述的测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，其特征在于，测定激光拉曼光谱图时所用的激光波长为514nm或633nm，激光光斑直径小于等于I μ m。
3.根据权利要求I或2所述的测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，其特征在于，所述的包埋剂为环氧树脂类包埋剂。
4.根据权利要求I 3任一项所述的测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，其特征在于，步骤(I)中所述抽提的时间为12 48小时，所述干燥的温度为60 80°C。
5.根据权利要求I 4任一项所述的测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的低温脆断是将样品浸入液氮中进行低温脆断。
6.根据权利要求I 5任一项所述的测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，其特征在于，在步骤(3)中，选取5 20个点测定样品断面的外层和内层的激光拉曼光谱谱图，取谱图平均值。
全文摘要
本发明涉及一种测定碳纤维内层和外层结晶度差值的方法，其包括(1)以丙酮抽提碳纤维样品，干燥；(2)以包埋剂对样品进行包埋，固化后低温脆断；(3)将样品断面垂直粘于样品台上，分别测定样品断面的外层和内层的激光拉曼光谱谱图，对谱图进行分峰曲线拟合，分别用各自谱图中位于1490～1510cm-1之间和1590～1600cm-1之间的谱带强度比值表示内层结晶度Ri和外层的结晶度Ro，计算内层与外层的结晶度差值RD＝|Ri-Ro|。该方法样品制备过程简单、可操作性强、能实现对样品的全面准确的评价。
文档编号G01N21/65GK102866142SQ20111019125
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者张丹丹, 胡衍平, 李瑞亢 申请人:中国蓝星(集团)股份有限公司