Published March 12, 1974 | Version v1
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Study of texture modifications of carbon fibres by oxidation in gaseous phase

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Description

After a discussion of previous works dealing with the structure of ex-cellulosic fibres and ex-PAN fibres, and with fibre modification, this research thesis reports the study of the oxidation of carbon fibres by oxygen and by carbon dioxide, as well as the examination of resulting texture modifications. Different modes of attack are identified depending on fibre nature and on the oxidising agent. Based on microscopic examinations, the author notably discusses the influence of the difference of porosity between different fibre types. He also notices and discusses the differences in the gasification process in oxygen and in carbon dioxide: an increase of roughness is noticed in oxygen whereas oxidation in carbon dioxide results in fibre smoothing and pore opening. Other features are discussed such as pitting, effects of corrosion, and shear strength of composites after fibre processing. A relationship between texture and fibre-matrix cohesion is highlighted

Abstract (French)

L'etude de l'oxydation de fibres de carbone par l'oxygene et le dioxyde de carbone ainsi que l'examen des modifications texturales qui en resultent nous ont amenes a distinguer differents modes d'attaque selon la nature de la fibre et celle de l'agent oxydant. La fibre ex-cellulosique VSC presente une surface initiale importante (258 m2.g-1) et une porosite tres fine, en partie accessible. L'oxydation ouvre cette porosite et s'effectue en profondeur, surtout lors de la gazeification dans le dioxyde de carbone. L'etendue de la surface augmente notablement, les valeurs mesurees peuvent atteindre 1800 m2.g-1. L'aspect observe par microscopie est pratiquement le meme apres oxydation par l'oxygene ou le dioxyde de carbone. Les caracteristiques des produits obtenus sont comparables a celles d'un charbon actif. Les proprietes mecaniques des echantillons vierges etant mediocres, aucun essai de rupture au cisaillement n'a ete effectue sur des composites. Les fibres ex-PAN AC et AG ont des surfaces faibles (0,36 et 0,27 m2.g-1); les rugosites superficielles (1,5 et 1,2) plus ou moins marquees suivant la temperature de carbonisation, expliquent les valeurs obtenues. Les densites et les surfaces mesurees montrent l'existence d'une porosite interne non accessible, ce qui est en accord avec le modele propose par Ruland. La gazeification est nettement differente dans l'oxygene et dans le dioxyde de carbone. L'oxygene provoque essentiellement une augmentation de la rugosite. Celle-ci permet d'interpreter l'accroissement de la surface qui reste faible (1 m2.g-1 maximum). La reactivite par unite de la surface est constante, la reaction a lieu en regime cinetique, l'attaque se fait en surface. Le dioxyde de carbone conduit a un lissage de la fibre et a l'ouverture de pores. Cependant l'attaque reste peu profonde; en moyenne l'epaisseur de la couche atteinte represente moins de 0,3 pc du rayon de la fibre. Les piquetages observes ne doivent penetrer que faiblement a l'interieur de l'echantillon: les surfaces restent faibles et les proprietes mecaniques des composites obtenus sont ameliorees. Ce mode d'attaque est egalement en accord avec l'existence d'une porosite fermee fortement orientee. Les essais sur des composites resine-fibres oxydees montrent que l'oxydation ameliore la charge de rupture au cisaillement. Cette amelioration doit etre attribuee a l'augmentation de la rugosite, aux figures de corrosion. Elle est particulierement marquee pour la fibre AG dont la rugosite initiale est faible. Cette etude des modifications texturales des fibres de carbone au cours de leur oxydation en phase gazeuse qui nous a permis de preciser les modes d'attaque, est susceptible de developpements particulierement interessants de par l'amelioration de la charge de rupture au cisaillement des composites resine-fibres apres traitement de celles-ci. Ce travail devrait etre poursuivi par une etude approfondie des proprietes mecaniques des fibres oxydees et des materiaux composites, ce qui vraisemblablement permettiait de mettre en evidence une relation entre la texture developpee et la cohesion fibre-matrice. Par ailleurs, on devrait egalement examiner les groupements superficiels presents a la surface de la fibre, leur mode de formation et leur influence sur l'adhesion fibre-matrice. (auteur)

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Original title (French)
Etude des modifications texturales de fibres de carbone par oxydation en phase gazeuse

Identifiers

URL
http://www.iaea.org/inis/Contacts/;

Publishing Information

Imprint Pagination
88 p.
Report number
FRCEA-TH--6788

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
47013517
Subject category
S36: MATERIALS SCIENCE; S37: INORGANIC, ORGANIC, PHYSICAL AND ANALYTICAL CHEMISTRY;
Resource subtype / Literary indicator
Thesis
Descriptors DEI
CARBON DIOXIDE; CARBON FIBERS; COMPOSITE MATERIALS; CORROSION; GASIFICATION; MODIFICATIONS; OXIDATION; OXIDIZERS; OXYGEN; POROSITY; POROUS MATERIALS; SHEAR PROPERTIES; SURFACE PROPERTIES; TEXTURE
Descriptors DEC
CARBON COMPOUNDS; CARBON OXIDES; CHALCOGENIDES; CHEMICAL REACTIONS; ELEMENTS; FIBERS; MATERIALS; MECHANICAL PROPERTIES; NONMETALS; OXIDES; OXYGEN COMPOUNDS; THERMOCHEMICAL PROCESSES

Optional Information

Notes
45 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/