為碳纖維中雜質元素測定提供科技支撐

科學導報訊 記者耿倩 9月1日，記者從山西煤化所獲悉，該所牽頭主編的《聚丙烯腈基碳纖維中鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、硅含量的測定-電感耦合等離子體原子發射光譜法》和《黏膠基碳纖維中鉀、鈉、鈣、鎂、鐵、鋅含量的測定-電感耦合等離子體原子發射光譜法》中國材料與試驗團體標準已由中國材料與試驗標準化委員會批準發布并將于2023年10月21日實施。該系列標準規定了利用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定聚丙烯腈基及黏膠基碳纖維樣品中雜質元素含量的試劑、儀器設備、試驗步驟、精密度及試驗報告等。

在碳纖維產品的制備過程中，不可避免會引入影響其性能結構的微量鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等雜質元素。這些不同量級的雜質元素會以金屬插入物、多原子摻入物、氧化物、碳化物等形式，彌散在纖維組織結構間，從而對碳層結構的穩定性等產生不良影響；甚至在不同的使用環境中，可能會起到催化作用或發生界面間遷移，使得碳纖維骨架崩塌、結構不完整，而導致其相關材料的抗氧化、力學、濕熱老化乃至燒蝕等性能變化，影響其在重要領域的應用。因此，建立相應的碳纖維中雜質元素含量測定的標準檢測方法，對實現其性能、生產工藝過程的嚴格質量把控和后續的應用至關重要。

山西煤化所通過多年研究，形成了相對完整的簡便、快速、靈敏度高、準確性好的電感耦合等離子體原子發射光譜法測定聚丙烯腈基及黏膠基碳纖維樣品中雜質元素含量的樣品前處理方法和測定標準方法，統一、細化了測試規范，對準確測定并嚴格控制其中雜質元素的含量指導工業生產和實際應用具有重要意義。