PAN基高強高模碳纖維的制備與表征.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)基高強高模纖維是一種各向異性的增強材料。在石墨化過程中,碳纖維中的碳原子會在高溫場的作用下發(fā)生重排,微觀結(jié)構(gòu)由二維亂層石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為三維類石墨結(jié)構(gòu)。碳纖維是由六方石墨微晶堆疊而成的,纖維中微晶的堆疊方向優(yōu)先與纖維軸垂直,而石墨層面則沿纖維軸擇優(yōu)取向,取向度的大小決定了纖維的模量,因此研究碳纖維的微晶尺寸、結(jié)晶性能和取向度對改善碳纖維的力學(xué)性能至關(guān)重要。
　　 本文采用掃描電鏡(SEM)、高分辨透射電鏡(HRTE

2、M)、拉曼(Raman)光譜和X射線衍射(XRD)四種表征手段研究了5種自制高強高模碳纖維的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu),并與日本東麗公司的MJ系列碳纖維和T800碳纖維做了比較。然后以日本東麗公司T800碳纖維為原料,經(jīng)不同條件的連續(xù)石墨化處理得到性能不同的高強高模碳纖維,并研究了石墨化溫度、石墨化時間和牽伸率對石墨化過程中碳纖維結(jié)構(gòu)的影響,以及石墨化條件對力學(xué)性能和密度的影響,以確定最優(yōu)化工藝參數(shù)。
　　 SEM和HRTEM結(jié)果表明,

3、T800、MJ及自制高強高模碳纖維表面均有沿纖維軸方向的溝槽,在碳纖維的制備工藝中機械損傷較少,未發(fā)現(xiàn)明顯的孔洞、裂紋、劃傷等缺陷。高強高模碳纖維是由晶區(qū)和非晶區(qū)組成的,石墨層排布規(guī)整度順序為HMCF-5>HMCF-4>HMCF-3>HMCF-2>HMCF-1。
　　 XRD和Raman光譜結(jié)果表明,T800的石墨微晶層間距(d002)較大,微晶堆砌厚度(Lc)和石墨網(wǎng)平面尺寸(La)最小。從HMCF-1到HMCF-5碳纖維的微

4、晶堆砌厚度和石墨網(wǎng)晶面尺寸逐漸增大,而石墨微晶層間距和取向角逐漸減小,取向度和結(jié)晶度依次增大。與MJ碳纖維相比,自制HMCF-4和HMCF-5碳纖維的結(jié)晶度、微晶尺寸和擇優(yōu)取向度大于M55J,石墨微晶層間距小于M55J。
　　 隨著石墨化溫度的升高,D峰和G峰的半高寬均減小,R值減小,石墨化程度增大。當(dāng)石墨化溫度升高,石墨微晶尺寸、結(jié)晶度及取向度均逐漸增大,而石墨微晶層間距和取向角則逐漸減小。牽伸率的增大有助于石墨微晶沿纖維軸的