Революционные идеи научно-технического прогресса невозможно реализовать без помощи конструкционных материалов

Формирование структуры и свойств УВ из ПАН.
Атомно-молекулярная структура УВ соответствует турбостратному анизотропному углероду. Углеродные слои в фибриллах волокон располагаются взаимно параллельно и случайно с расстоянием между слоями менее 0,342 нм для графитированных и 0,3441 нм для карбонизированных УВ. Связь между отдельными фибриллами осуществляется так, как показано на рис. 3., а также через аморфные участки рис.4.

Рис. 4. Двумерная модель связи между фибриллами.
В промышленных УВ расстояние между слоями (d₀₀₂), как правило, не ниже 0,348.
Исследования методами световой микроскопии, сканирующей, просвечивающей, фазово-контрастной электронной микроскопии и рентгеностереоскопического анализа позволили установить, что структура УВ из ПАН на различных стадиях термопластической обработки наследует структуру исконного волокна.
Было установлено, что структура УВ гетерогенна и состоит из следующих компонентов.
1). Ленты из точек искривленных слоев (микро фибриллы), имеющиеся на определенном отрезке предпочтительную ориентацию и переходящие из одной в другую (рис.3), образуя при этом фибриллы, значения ширины пакета (∟а) и толщины пакета (∟с) могут быть измерены с помощью электронного микроскопа и соответствуют относительно прямолинейным участкам фибрилл.
В темнопольном изображении в направлении вдоль оси волокна, в электронном микроскопе наблюдаются светлые домены размером менее 1нм. Каждый из них состоит из пачки 2-3-х параллельных слоев, каждый из которых содержит не более 12 колец. Относительно параллельное расположение слоев в этих пачках позволяет получить от них общий дифракционный рефлекс и определить значение ∟а.

Рис. 5. Модель расположения лент фибрилл в УВ.
2). Слои фибрилл в поперечном сечении волокна в зависимости от структуры исходного ПАН-волокна могут располагаться в виде лучей, исходящих от центра, или иметь концентрическое строение, или сочетать в различных пропорциях радиальное или концентрическое строение (рис. 5).
Периферия УВ после обработки при 2500ºС имеет концентрическое строение слоев (толщина около 150нм), которые располагаются предпочтительно параллельно оси вытяжки волокна и имеют значительно более высокую степень ориентации по сравнению с сердцевиной волокна. Одна из характерных структур сечения УВ после глубокого плазменного травления показана на рис.6, 7.
Рис. 6. Гетерогенная структура углеродного волокна:
1 — центральная часть, 2 — оболочка



1 мкм
Рис. 7. Микроструктура высокомодульного волокна. Плазменное травление в кислороде. Сканирующий электронный микроскоп
В настоящее время более 95% УВ изготавливается из ПАН волокон [1].