PAN基碳纖維徑向結(jié)構(gòu)的高溫演變規(guī)律的研究.pdf

1、高強(qiáng)度碳纖維皮芯結(jié)構(gòu)差異小,高強(qiáng)高模碳纖維皮芯結(jié)構(gòu)差異大。碳纖維結(jié)構(gòu)沿徑向呈梯度分布,研究碳纖維高溫?zé)崽幚磉^(guò)程中徑向化學(xué)結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律及其機(jī)理,尤其是時(shí)間效應(yīng)和張力效應(yīng)的影響,對(duì)碳纖維的高溫結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和高模量碳纖維的制備有深刻的指導(dǎo)意義。
　　 本論文以T300和GCF1碳纖維為主要研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行1500℃-2500℃的高溫?zé)崽幚?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(xué)結(jié)構(gòu)的高溫演變

2、規(guī)律,并分析對(duì)比了不同初始成分結(jié)構(gòu)碳纖維徑向化學(xué)結(jié)構(gòu)高溫演變規(guī)律的差異,同時(shí)揭示了碳纖維徑向結(jié)構(gòu)與其力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)性。研究結(jié)果表明:
　　 在熱處理過(guò)程中,由于傳熱與擴(kuò)散不均勻,碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和顯微結(jié)構(gòu)都存在皮芯差異,隨著熱處理溫度升高,皮芯結(jié)構(gòu)差異加劇。纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)沿纖維徑向梯度分布,在熱處理過(guò)程中,碳纖維內(nèi)部石墨微晶尺寸增長(zhǎng)呈現(xiàn)一個(gè)高溫驅(qū)動(dòng)的自組裝過(guò)程,熱處理溫度在1900℃以下時(shí),N原子逐漸脫除,纖維結(jié)構(gòu)變化

3、較為復(fù)雜,由于N原子脫除消耗能量阻礙石墨微晶的增長(zhǎng),纖維徑向結(jié)構(gòu)差異小;當(dāng)熱處理溫度在1900℃以上時(shí),N原子快速脫除給纖維內(nèi)部帶來(lái)缺陷,阻礙芯部石墨C網(wǎng)面的長(zhǎng)大,芯部R值減小緩慢,徑向化學(xué)結(jié)構(gòu)差異逐漸增大。在1500℃處理時(shí),延長(zhǎng)熱處理時(shí)間,纖維徑向化學(xué)結(jié)構(gòu)差異減小,而2100℃時(shí),徑向化學(xué)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)結(jié)構(gòu)差異較T300大,1900℃以下處理時(shí),GCF1碳纖維徑向結(jié)構(gòu)差異大,而T300徑向差異小;當(dāng)熱處理溫度超過(guò)1900℃時(shí),T300和GCF1碳纖維徑向結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律相似;在1500℃處理時(shí),延長(zhǎng)熱處理時(shí)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(shí),延長(zhǎng)熱處理時(shí)間,T300徑向差異較大,這是由于其含N量高。
　　 碳纖維徑向結(jié)