聚丙烯腈基碳纖維原絲、預氧絲取向結構及理論模型研究.pdf

1、作為制備高性能碳纖維前驅體之一的聚丙烯腈(Polyacrylonitrile-PAN)纖維，由于其生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品的綜合性能優(yōu)良，被認為是當今制造碳纖維的最常見和最重要的原絲。因此，研究PAN原絲的微觀結構與力學性能之間的關系，從而確定出原絲制備的最佳工藝條件；探討原絲在預氧化過程中其內部微觀結構以及由此引起的宏觀性能改變，為預氧化工藝生產(chǎn)條件的改進提供理論依據(jù)，對于改善和提高國產(chǎn)聚丙烯腈基碳纖維的質量有著重要意義。 本研究運

2、用粉末X-射線衍射法、極圖法、二維X射線照相、掃描電子顯微鏡、傅立葉變換紅外、聲速法等微觀結構和取向的表征手段以及力學性能測試，對聚丙烯腈原絲及預氧絲的微觀結構與力學性能間關系進行了系統(tǒng)的實驗和理論模型研究。研究結果表明：聚丙烯腈原絲的微觀取向結構對其力學性能有很大的影響，可進一步影響到其成品碳纖維的品質；原絲表面存在多種形態(tài)的各種缺陷，這些缺陷將“遺傳”給碳纖維，造成最終產(chǎn)品碳纖維的力學性能的下降，因而應最大限度地減少缺陷數(shù)目和減小缺

3、陷尺寸；由X-射線衍射法得到的極圖能更直觀地表達出聚丙烯腈原絲的分子鏈沿拉伸方向的取向程度，拉伸程度越大，取向也更為集中；由聲速法得出的取向度與Crawford和Kolsky模型推導出的理論曲線進行比較，兩者能夠很好的吻合；原絲的楊氏模量、斷裂強度等力學性能隨著拉伸倍數(shù)的增加而增加，對原絲的適度拉伸，可使其力學性能有所提高，但當總拉伸比大于8時，原絲的取向增加變緩，因此，總拉伸比確定在6-8之間較佳。 同時，本研究還探討了PAN

4、原絲在連續(xù)預氧化過程中氧化絲結構變化及與性能的關系。研究結果表明，在PAN纖維的預氧化過程中，隨著熱處理溫度的升高，纖維在2θ=16.5°的固有衍射強度逐漸減弱以至最后消失，2θ=25.5°附近顯示出新的衍射強度且其強度逐漸增加，表明了舊的序態(tài)結構逐漸遭到破壞，并形成了新的序態(tài)結構。 本研究采用芳環(huán)化指數(shù)AromaticIndexA.I.、反應程度參數(shù)ExtendofReaction-EOR來定量的表示預氧絲預氧化程度，研究發(fā)現(xiàn)