Influence du traitement thermique sur les propriétés de surface des fibres de carbone ex-mésophase

Centre de Recherches sur la Physico-Chimie des Surfaces Solides, 24, avenue du Président Kennedy, 68200 Mulhouse, France.

Résumé

Les propriétés de surface de fibres de carbone préparées à partir d’un brai de pétrole à l’état de mésophase ont été étudiées en fonction de la température la plus haute de traitement thermique (HTT). La caractérisation des propriétés de surface a été réalisée par ESCA, ASA et chromatographie gazeuse inverse. Nos résultats montrent que la surface des fibres présente des plans de base ayant une tendance élevée aux interactions dispersives. Lorsque l’on passe de la température de carbonisation à la température de graphitisation, l’organisation en plans de base parallèles à la surface s’accroît et le nombre d’atomes de bordure émergents à la surface décroit avec HTT, ainsi que le nombre d’atomes d’oxygène qui leur sont liés. L’aptitude des fibres à échanger des actions spécifiques superficielles est proportionnelle à la teneur en atomes d’oxygène fixés à la surface. L’élévation de HTT diminue davantage le caractère acide que le caractère basique superficiel, enfin l’aptitude des surfaces de fibre de carbone à échanger des interactions dispersives ne doit pas être négligée lors de la caractérisation de l’adhésion fibre- matrice.

Abstract

Surface properties of carbon fibres prepared from a mesophase pitch were investigated as a function of their final heat treatment temperature (HTT). A complete surface characterisation of carbon fibre was realized by ESCA, ASA and IGC analysis. The surfaces of the carbon fibres, differing from their bulk radial structure, consist principally of basal planes having a high ability to undergo dispersive interactions. As the HTT varies from carbonization to graphitisation, the graphitic crystallinites at the surface orient more and more with their basal planes parallel to fibre surfaces. As a consequence, the number of edge carbon atoms at fibre surfaces decreases with HTT and the number of oxygen atoms bonded to them decreases too. The ability of fibre surfaces to undergo specific interactions is proportional to the number of oxygen atoms at fibre surfaces. Increasing the HTT decreases the acidic rather than basic functional groups on fibre surfaces. The ability of fibre surfaces to undergo dispersive interactions is so important that it can not be neglected in characterization of the adhesion between fibre and matrix.