聚丙烯腈基碳纖維原絲、預(yù)氧絲取向結(jié)構(gòu)及理論模型研究.pdf

1、作為制備高性能碳纖維前驅(qū)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(rèn)為是當(dāng)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(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間的關(guān)系，從而確定出原絲制備的最佳工藝條件；探討原絲在預(yù)氧化過程中其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)以及由此引起的宏觀性能改變，為預(yù)氧化工藝生產(chǎn)條件的改進(jìn)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(zhì)量有著重要意義。 本研究運(yùn)

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(jié)構(gòu)和取向的表征手段以及力學(xué)性能測試，對聚丙烯腈原絲及預(yù)氧絲的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能間關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論模型研究。研究結(jié)果表明：聚丙烯腈原絲的微觀取向結(jié)構(gòu)對其力學(xué)性能有很大的影響，可進(jìn)一步影響到其成品碳纖維的品質(zhì)；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(xué)性能的下降，因而應(yīng)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(dá)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(dǎo)出的理論曲線進(jìn)行比較，兩者能夠很好的吻合；原絲的楊氏模量、斷裂強(qiáng)度等力學(xué)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(xué)性能有所提高，但當(dāng)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(yù)氧化過程中氧化絲結(jié)構(gòu)變化及與性能的關(guān)系。研究結(jié)果表明，在PAN纖維的預(yù)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(qiáng)度逐漸減弱以至最后消失，2θ=25.5°附近顯示出新的衍射強(qiáng)度且其強(qiáng)度逐漸增加，表明了舊的序態(tài)結(jié)構(gòu)逐漸遭到破壞，并形成了新的序態(tài)結(jié)構(gòu)。 本研究采用芳環(huán)化指數(shù)AromaticIndexA.I.、反應(yīng)程度參數(shù)ExtendofReaction-EOR來定量的表示預(yù)氧絲預(yù)氧化程度，研究發(fā)現(xiàn)