出色体例
此日梗概讲三个方面吧，对于第三个方面我领会的未几，抛砖引玉，众人多提
1.碳纤维的布局与功能（1）类石墨层片及微晶布局（2）织构2.聚丙烯腈碳纤维的制备工艺对碳纤维布局的影响（1）质料（2）纺丝（3）氧化碳化3.碳纤维的进显示状（1）功能与产量（2）稳固性与商场
首先说一下碳纤维的布局与功能的关系
所谓碳纤维即是石墨或石墨烯与纤维的交加，即是具备类石墨布局的纤维材料。懂得碳纤维的布局仍是先从石墨烯开端吧。咱们领会石墨烯是由碳原子构成的，也即是所有由碳碳布局造成的，碳碳键的造成方法紧要有三种。由于碳外层有4个电子，两个s电子，两个p电子，当这4个电子杂化玉成部相同的性质键合时即是程度sp3杂化。此中每个碳原子与其余4个碳原子以共价键贯串，即是金刚石布局，键长是0.纳米。当碳原子与此外三个碳原子以共价键贯串的功夫，还剩一个p电子打酱油，键长即是0.纳米，键能比金刚石大，况且在一个平面上，造成六元环的平面布局，像一张庞大的足球门网，这即是石墨烯的布局。于是有人说石墨烯是比金刚石还强的材料。从单层的抗拉强度和模量来说，是。碳纤维能够看做是由石墨烯造成的材料，石墨烯顺着纤维轴向方位上胪列，这个就叫取向；全部平行时，取向度即是%，自然不成能。当碳纤维顺着轴向方位受力时，石墨烯曾片的力学功能就表现出来了，这即是人们说的理论强度GPa。然则那末多层的石墨烯怎样沿纤维轴向胪列呢。石墨烯之间的间隔大于0.纳米，是很简单滑动的，这即是为甚么石墨给咱们感到很软的起源。能够做为铅笔写字。于是造成碳纤维除了石墨烯层片要顺着纤维轴向平行胪列外还要具备阻遏层间滑动的布局，于是是不同于自然石墨中的布局，因而把碳纤维叫做类石墨布局。当石墨烯层片卷起来，若是沿轴向切开，就像一颗切开的白菜，这个功夫，石墨烯层片之间就不那末简单滑动了，若是从断面来看，比白菜卷的还要乱，那末就更推绝易滑动了，于是碳纤维从断面看即是一种犬牙相错的乱层布局，从轴向；来看即是一种类似平行的布局
题目：
sp2杂化的碳原子，多出来的p电子该当是层间共轭的，它对碳纤维有甚么影响？感谢教师
多出来的p电子在层间共轭，使得碳碳键缩小，键能增大，此外导电，颜色变黑。
层间结协力增大？升高碳纤维强度？
不必定吧？层间共轭使得白菜各层之间缩小滑移坚固强度和模量的影响，而缩小碳碳键是层内碳原子的键能增添吧？
层间是很难共轭的吧，我说的是层内
哦，云云啊，此外，sp2杂化后的键能比sp3杂化后要高，于是要摧残石墨烯的碳碳键须要的能量要比金刚石的碳碳键要高，能这么知道不吕教师？感谢
sp2杂化键长比sp3的短于是键能大。前者能够觉得是双键后者是单键
将石墨变化为金刚石须要吸热于是热稳固性石墨高。
碳纤维的布局图
于是从断面看即是一种乱层的布局
那末这类乱层的布局是怎么造成的呢？
这就跟质料与加工工艺关系了
石墨层片重叠的形态在个别有序的功夫，就能够被x射线探测到，即是所谓的微晶，于是微晶不是一粒一粒的，而是类石墨层片互相交叉造成的有序区，经历微晶的胪列方位，能够懂得类石墨层片的胪列方位，透射电镜相片众人该当看到过
底下是轴向方位，能够看出类石墨层片的胪列方位
上头是断面方位，是一种犬牙相错的布局
这是石墨层片与微晶布局
由于从纺丝到氧化碳化触及不少传质流程，致使其在断面方位的不匀称性，即是所谓的皮芯布局，也能够叫织构。咱们指望碳纤维在断面上匀称的—--怎样看匀称不匀称呢？于是影响碳纤维力学功能的紧要布局参数有三个：（1）类石墨层片的取向度，（2）类石墨层间做使劲，（3）弊端，包罗皮芯结媾和裂纹等弊端。懂得和布局功能的关系以后才华知道碳纤维制备工艺的初志。碳纤维的制备工艺从质想到氧化碳化都是奔着这三个方面去的
谁人是透射电镜图，须要切片，个别看是不匀称的
我说的匀称性仍是指扫描电镜这一层
从原子级别看怎样都是不匀称的
取向度，密度，微晶参数一致
若是一层层剥下来，体密度能否一致
微晶参数即是指有序区的尺寸
d属于微晶参数领域，能够用x射测，你要定量么，用电子衍射去测断面上不同点的微晶参数。也许一层层剥掉测体密度，碳纤维上的石墨烯没那末简单粘下来，也有人做，用humoers法，氧化剥离，剥下来看石墨烯的布局也成了一种解析碳纤维布局的法子。
于是我不太允许夸张石墨烯的成效，石墨烯即是石墨的一个分子云尔，本来搞碳的对石墨的布局很懂得，可是借用一下石墨烯的观念云尔
我讲类石墨层片也是相同
于是下来说聚丙烯腈碳纤维的制备工艺
第二部份
聚丙烯腈碳纤维从质料开端，都是环绕这三点施行的
首先讲质料
质料的紧要成分自然是聚丙烯腈，须要用丙烯腈质料制备成一种浓厚的溶液，这类浓厚的溶液从细孔里挤出时才不会断掉，这即是粘度的观念。紧要有三个方面影响粘度，围拢物浓度，也即是固含量，温度，围拢物的分子量，经历围拢直接制备这个浓厚的溶液叫做一步法，也能够围拢成粉末再熔解，叫两步法。于是围拢第一要管制的是分子量，指望分子量越匀称越好，今朝大多在10-15万吧。固含量在18%左右吧，溶剂个别是DMSO。在温度、固含量、分子量断定的处境下，浓厚的溶液就获患有。然则为了成功围拢，和为了后续纺丝和氧化通畅，还须要参加此外两样东西。即是激发剂和共聚单体。激发剂是造成自在基的，能够使反映在低温下施行。沥青的缩聚也是自在基反映。须要在度以上，才华造成充足的自在基。总之，激发剂即是造成自在基的，个别用的是偶氮类的。有个弊端即是围拢结尾后这个激发剂也分解不完。致使不休有气泡出来，影响纺丝。但也没有甚么太好的法子，众人仍是用它，依赖脱泡工艺呗。此外要加的是共聚单体。由于腈基的做使劲很强，在纺丝流程中要想把高分子拉直了推绝易。于是这个腈基的做使劲要瘦弱。瘦弱的法子即是参加体积较量大的官能团接到高分子链上。于是叫共聚。由于共聚单体还带来不少观念即是序列散布
意义是共聚单体在聚丙烯腈分子链上散布的匀称不匀称。共聚单体尚有一个影响是为了管制后边不溶化反映的节律。这些共聚单体是很难变化成碳的。于是，参加这些共聚单体也是一个冲突。加少了起不到那两个影响。增加了即是弊端，须要管制均衡。
此刻投入纺丝。浓厚的纺丝液从喷丝孔里挤出，造成的是溶液细流。怎样才华变为纤维？有不少法子，能够用高温吧溶剂蒸发掉，这就叫干法纺丝。民用也实用的，由于所得纤维太精细，影响背面的工艺，形态也很难保证圆的，个别是狗骨型，于是不必。把溶液细流挤在水里，靠水把溶剂萃取掉，固体积淀下来，也能够造成纤维。但水凝聚的太快了。于是要在水里参加必定浓度的溶剂，这个即是凝聚浴。把喷丝头闷在凝聚浴里，溶液细流一出来就立即凝聚，即是湿法纺丝。若是把喷丝板吹捧，抬出凝聚浴，细流经历一段空气层再投入凝聚浴即是干湿法纺丝。这个溶液细流在凝聚浴里造成的这个叫初生纤维。这个凝聚流程反常的紧急。或许形态也不是圆的。于是个别凝聚浴内里的溶剂浓度较量高。温度，有高有低，温度低凝聚慢，但很简单致使纤维截面不圆。不圆的起源即是纤维溶液细流内部的溶剂出来的快，凝聚浴里的水出来的慢，致使陷落，出来的纤维或许是心形的，严峻的即是蚕豆形的。凝聚慢了，工夫就要伸长，于是凝聚浴长度也是很紧急的计划参数。这即是凝聚的传质流程能够用菲克第二定律描摹和谋略。除了传质以外，咱们记得谁人取向度很紧急。来日生成的类石墨层片的取向度与高分子沿纤维轴向的取向度关系亲密。这个取向度即是靠拉的法子，术语叫牵伸。跟拉橡皮筋一个意义吧。可是橡皮筋没有塑性惟独弹性，于是一放手分子的地方又归去了。凝聚浴的牵伸靠的即是第一个导辊与喷丝的速率比。在喷丝孔道和凝聚浴中造成的取向固然不高，但对后续的影响较大。牵伸即是给一种力，叫做张力。不必定有伸长的才叫牵伸。负牵伸也是牵伸。牵伸恒定，张力恒定，开端的取向就造成了。尚有挤出胀大效应啊，单丝之间的匀称性啊，不少影响要素。背面即是水洗、开水牵伸和蒸汽牵伸了。跟拉面条差未几吧，一是把纤维拉细，二是把高分子拉直。使其顺着纤维轴向取向。拉伸的倍数要与高分子之间的力相般配----怎样来判定呢。不然可是拉细了，分子没拉直。经历饱和水蒸气牵伸后高分子取向度能够到90%左右。赢得高取向度的纤维以后即是不溶化责罚。
赢得的原丝要烧成碳纤维。须要在度。出来后碳含量能够到94%左右。高温责罚的目标是去掉纤维中的非碳元素。但不能直接加高温，那样纤维会溶化或半溶化。于是须要经历一路工序，叫不溶化责罚。由于须要用到空气中的氧，产生氧化反映，于是也叫氧化或预氧化
氧化是本领，不溶化是目标。在-度领域内，聚丙烯腈分子产生两个紧要反映。一个是腈基翻开与相邻腈基相连，造成吡啶环，叫做环化反映，造成的分子叫梯形分子。第二个反映是氧化交联反映，梯形分子上造成一些含氧官能团。这些官能团脱水造成交召集构。这时全部分子都被交联起来了，也即是变得不溶化了。而后才能够在高温下责罚，即是碳化。不溶化流程中线性的高分子预热要解取向，于是要施加张力。防止聚丙烯腈分子解取向，于是一切流程中张力是定然的。纵然如许，不溶化后分子的取向度仍是会比原丝低。刚刚说的共单体在这个期间会起影响。于是有的工艺是参加两种共聚单体。
碳丝复合性不好是甚么起源呢?吕教师？那是界面题目
而后即是低温碳化和高温碳化。即是在-度，脱除大部份的非碳元素---焦炭。而后在-度高温碳化，赢得碳纤维。这个碳化流程中也须要管制张力。这个流程即是类石墨层片生成的流程，之于是成为犬牙相错的布局，跟聚丙烯腈分子的特色分不开。这既是弊端也是好处，况且好处大于弊端。碳化以后的碳纤维含碳量在94%左右---，表面没甚么官能团，于是跟树脂贯串的手腕差。于是要用施行表面责罚，表面责罚的法子不少，针对环氧树脂时，最灵验的法子即是氧化，由于阳极氧化是最佳的法子，于是个别用阳极氧化，氧化以后，官能团就长在碳纤维表面了，就很简单跟环氧树脂贯串了。
以上即是碳纤维临盆工艺的基根源理。
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