【环氧板】的的影响因素

【环氧板】的的影响因素

碳化是指含碳有机物(先驱体)在-定温度下发生分解反应，分子中的氢、氧、氮、硫等原子以气体的形式溢出,最终得到碳材料的过程。碳化可以在气态、液态或固态下发生。先驱体不同时，碳化的反应条件、反应机理以及产物的结构与性能均不尽相同。材料的制备应当依据对性能的要求和生产成本等综合考量，选择合适的先驱体及制备工艺。对不同类型先驱体的碳化过程及产物结构与性能。

石墨化

碳材料的石愚化是其微观结构由乱层向理想石墨晶体结构转化的过程,伴随着这一过程，六角网平面间的层间距减小、表观微晶尺寸L.和L。增加。环氧板材料的石墨化进程由石墨化处理温度和保温时间控制。在石墨化过程中,体系从外界吸收能量,实现由乱层结构向石墨品体结构的有序转化，与此同时,原子的热运动也将导致局部的无序化。在-.定温度下，这种有序一无序转化达到热力学平衡，石墨化进程即告终止。达到这种平衡状态所需要的时间受材料种类、石墨化温度等因素影响。

1.石墨化度的测试

目前研究表征碳材料石墨化的方法较多，最主要的有射线衍射法(XRD)、透射电子显微镜法以及激光拉曼法等。

(1)XRD法。随着自动记录式射线衍射仪的普及,XRD成为测量碳材料结构参数的常规手段。在碳素研究历史上，富兰克林第-.个用无定形碳向石墨晶体转化的机理做出了解释,提出了以富兰克林值来表征石墨化度。而目前广泛采用的石墨化度参数，主要是1958年由梅林和迈克提出的数学模型。它被广泛应用于各种碳材料碳纤维、石墨、炭黑和C/C复合材料等的结构分析和表征。

(2)透射电子显微镜法。透射电镜的分辨率为1~2 nm,放大倍数为几万到几十万倍，特别是高分辨透射电镜，可以清楚地拍摄或观察物质的微观结构图像,是研究碳材料微观结构和晶体结构的重要手段。TEM可以观察到明场像、暗场像、晶格像和电子衍射像等四种图像。对于碳材料来说，常用衍射线产生的晶格像来研究其微观结构，并获取结构参数。

(3)拉曼光谱法。碳材料的光谱在一级光谱范围内(1000~2 000 cm-)主要有两个特征谱线。一个峰大约在1580cm-'处，称作G峰，是天然石墨所固有的，是理想石墨晶格面内C--C键的伸缩振动，振动模式为E2go另一个峰大约在1360cm1处，称作d峰,是由石墨晶格缺陷、边缘无序排列和低对称碳结构等引起的，属于石墨基面的Ai振动模式。两峰的积分强度比率R与网平面上微晶的平均尺寸或无缺陷区域成反比关系。该比值被认为是评价碳材料石墨化度的较好参数之一。碳材料的平均层间距愈小,R值愈小，石墨化程度愈高。

此外，还有其他表征方法，如电阻率法、热导率法、真比重法、石墨酸定法、霍耳系数法以及磁化率法等。

2.石墨化度的影响因素

(1)组元。按照原料体系不同，碳纤维可分为丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和人造丝基碳纤维。此外,还有气相生长碳纤维等。一般来说，基碳纤维较沥青基碳纤维难石墨化，但通过热牵伸等方式处理也可获得高石墨化、高模量的碳纤维。中间相沥青基碳纤维较普通级沥青基碳纤维容易石墨化，且其可石墨化性能受其前驱体的影响。气相生长碳纤维容易石墨化。

基体碳依据其制备工艺不同可归类为热解碳、沥青碳和环氧树脂板。影响基体碳可石墨化性能的因素是复杂的。首先是基体碳的种类。通常，沥青碳较容易石墨化，环氧树脂板如酚醛树脂板

较难石墨化，热解碳的石墨化难易程度与其结构类型有关。在气相沉积热解碳中一般存在三种基本结构类型，即粗糙层结构、光滑层结构及各向同性结构。其中,粗糙层最容易石墨化，光滑层次之，各向同性层最难石墨化。

(2)应力石墨化。碳纤维在进行高温石墨化热处理的过程中，石墨和碳的蒸气压较高，在这种高温条件下碳纤维表面的碳可能蒸发,使其质量减少，并使纤维表面产生不均匀的缺陷，从而降低其强度。如果在一定压力下进行石墨化，则可得到强度较高的石墨纤维。同时,在复合材料碳化时先驱体树脂体积收缩，碳纤维体积膨胀，两者热膨胀的不匹配使碳纤维和基体碳界面产生局部热应力。在这种热应力作用下，树脂碳层状结构取向排列且层问距减小,在石墨化处理过程中生成较为完善的石墨结构。

(3)高压石墨化。在高压下有可能比通常石墨化所必要的温度更低时进行石墨化，或者使难石墨化碳石墨化。在压力下热处理，硬碳可转变为石墨。高压石墨化的机理类似于应力石墨化，可视外加压力等同于加热产生的热应力。

(4)催化石墨化。催化石墨化是一种由非晶态向晶态转变的固相反应。这种转变阻力很大,容易形成亚稳态使石墨化难以进行。通过添加某种金属、金属化合物或非金属及其化合物并进行高温热处理,有可能在比通常石墨化所必要的温度更低时进行石墨化。

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