PAN基碳纖維徑向結構的高溫演變規(guī)律的研究.pdf

1、高強度碳纖維皮芯結構差異小,高強高模碳纖維皮芯結構差異大。碳纖維結構沿徑向呈梯度分布,研究碳纖維高溫熱處理過程中徑向化學結構的演變規(guī)律及其機理,尤其是時間效應和張力效應的影響,對碳纖維的高溫結構轉變和高模量碳纖維的制備有深刻的指導意義。
　　 本論文以T300和GCF1碳纖維為主要研究對象,對其進行1500℃-2500℃的高溫熱處理,利用元素分析儀、Raman、XRD、HRTEM、SEM等系統(tǒng)的研究了碳纖維徑向化學結構的高溫演變

2、規(guī)律,并分析對比了不同初始成分結構碳纖維徑向化學結構高溫演變規(guī)律的差異,同時揭示了碳纖維徑向結構與其力學性能的關聯(lián)性。研究結果表明:
　　 在熱處理過程中,由于傳熱與擴散不均勻,碳纖維的化學結構、聚集態(tài)結構和顯微結構都存在皮芯差異,隨著熱處理溫度升高,皮芯結構差異加劇。纖維化學結構沿纖維徑向梯度分布,在熱處理過程中,碳纖維內部石墨微晶尺寸增長呈現(xiàn)一個高溫驅動的自組裝過程,熱處理溫度在1900℃以下時,N原子逐漸脫除,纖維結構變化

3、較為復雜,由于N原子脫除消耗能量阻礙石墨微晶的增長,纖維徑向結構差異小;當熱處理溫度在1900℃以上時,N原子快速脫除給纖維內部帶來缺陷,阻礙芯部石墨C網面的長大,芯部R值減小緩慢,徑向化學結構差異逐漸增大。在1500℃處理時,延長熱處理時間,纖維徑向化學結構差異減小,而2100℃時,徑向化學結構差異增大。2500℃下隨著張力的增大,張力作用有利于纖維微晶的塑性形變與結構重排,纖維的直徑逐漸減小,纖維芯部R值逐漸減小,纖維皮芯石墨化度差

4、異減小,徑向差異也減小。
　　 由于GCF1碳纖維初始徑向化學結構差異較T300大,1900℃以下處理時,GCF1碳纖維徑向結構差異大,而T300徑向差異小;當熱處理溫度超過1900℃時,T300和GCF1碳纖維徑向結構的演變規(guī)律相似;在1500℃處理時,延長熱處理時間,由于T300碳纖維N脫除速度快,其徑向石墨化度差異快速縮小;2100℃時,延長熱處理時間,T300徑向差異較大,這是由于其含N量高。
　　 碳纖維徑向結