中間相瀝青基碳纖維預(yù)氧化及炭化過程中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變規(guī)律的研究.pdf

1、中間相瀝青基碳纖維(MPCF)以其價(jià)廉、高模等特點(diǎn)在碳纖維大家庭中占據(jù)重要地位，預(yù)氧化和炭化工藝是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷完善的重要步驟，研究中間相瀝青基碳纖維在預(yù)氧化和炭化過程中的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律對(duì)優(yōu)化其生產(chǎn)工藝和實(shí)際生產(chǎn)都具有指導(dǎo)意義。
　　 本課題采用X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、元素分析(EA)等分析手段相結(jié)合，通過研究纖維的微晶結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)、有序度、元素含量和內(nèi)部截面形貌等的變化來探索纖維在預(yù)氧化和炭化過程

2、的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，同時(shí)研究了軸向張力對(duì)纖維預(yù)氧化過程的影響。結(jié)果表明:
　　 1、預(yù)氧化過程中，纖維的(002)衍射峰變得尖銳，松散排布的瀝青分子變得規(guī)整，微晶結(jié)構(gòu)向著有序化發(fā)展;氧化劑中的氧進(jìn)攻活性基團(tuán)，發(fā)生氧化反應(yīng)，生成C=O等含氧基團(tuán)，芳香基大分子間發(fā)生交聯(lián)等反應(yīng);脂肪族的碳增加，芳香族的碳減少;碳含量和氫含量降低，氧含量升高;纖維內(nèi)的瀝青小分子通過含氧官能團(tuán)連接形成相對(duì)致密的徑向結(jié)構(gòu)。
　　 2、預(yù)氧化過程中，軸向

3、張力對(duì)纖維的微晶結(jié)構(gòu)和有序度均有一定影響，在所加張力為纖維質(zhì)量20倍時(shí)其微晶參數(shù)更為理想，R值相對(duì)最低，此時(shí)纖維的有序程度和分子堆砌情況相對(duì)更好。
　　 3、預(yù)氧化過程中，軸向張力對(duì)纖維的元素含量(C、H、O)、化學(xué)結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響，纖維的含碳量均為83-85％左右，均形成了羧基、羥基、酯基、酸酐等含氧官能團(tuán)和C=C鍵，發(fā)生了氧化、脫氫、交聯(lián)和縮聚等反應(yīng)，生成了耐熱氧橋結(jié)構(gòu)。
　　 4、炭化過程中，纖維的微晶結(jié)構(gòu)趨于完善

4、，其002衍射峰的吸收強(qiáng)度增大，半峰寬變窄，微晶尺寸La變大，微晶厚度Lc變大，石墨片層堆積逐漸緊密;其晶體結(jié)構(gòu)的有序度不斷提高，說明芳構(gòu)化、縮聚、環(huán)化等反應(yīng)，促使碳含量增加的同時(shí)進(jìn)行有序堆砌，使得纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于完善。
　　 5、炭化過程中，纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化明顯，羥基、甲基的伸縮振動(dòng)峰減弱，苯環(huán)的吸收峰和酸酐中C-O鍵的伸縮振動(dòng)峰，在600℃以后消失，C-O特征峰在炭化的過程中明顯向右移動(dòng)，C=C吸收峰增強(qiáng)，同時(shí)向左偏移，說