拉伸工藝對(duì)碳纖維原絲結(jié)構(gòu)性能的影響.pdf

1、近幾年，我國(guó)高性能碳纖維生產(chǎn)遇到技術(shù)瓶頸，主要限制因素是原絲質(zhì)量不過關(guān)。拉伸是降低纖維纖度、提高取向度和強(qiáng)度的重要手段；特別是飽和蒸汽拉伸，能實(shí)現(xiàn)纖維高倍取向牽伸，適用于高強(qiáng)、高取向原絲的制備。因此，本文以用途最廣、前途最好的聚丙烯腈(PAN)基碳纖維為研究對(duì)象，運(yùn)用改進(jìn)版的拉伸裝置，實(shí)施飽和蒸汽條件下的纖維拉伸實(shí)驗(yàn)，分析和探討飽和蒸汽拉伸工藝對(duì)碳纖維原絲結(jié)構(gòu)性能的影響，為高性能碳纖維研發(fā)和生產(chǎn)提供一定的技術(shù)指導(dǎo)和理論參考。
　　

2、對(duì)自制的PAN原絲實(shí)施不同工藝的熱濕拉伸，并采用纖維纖度儀、纖維強(qiáng)伸度儀、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、光學(xué)顯微鏡等儀器表征不同拉伸后碳纖維原絲結(jié)構(gòu)和性能，結(jié)果表明：在80℃熱水拉伸條件下，拉伸倍數(shù)增加，原絲纖度和斷裂伸長(zhǎng)率減小，強(qiáng)度、模量和取向度都增大，但是過度拉伸會(huì)破壞原絲的結(jié)構(gòu)，本實(shí)驗(yàn)中熱水拉伸倍數(shù)不超過2.10；沸水拉伸的效果比熱水拉伸的效果更好，而且也存在極限拉伸倍數(shù)，在本實(shí)驗(yàn)中沸水最大拉伸倍數(shù)為2.15。干熱拉伸條件下，增加

3、溫度和提高拉伸倍數(shù)，都能增大原絲強(qiáng)度，且提高拉伸倍數(shù)的方式作用效果較好；干熱拉伸時(shí)要增強(qiáng)原絲的強(qiáng)度，須同時(shí)提高拉伸溫度和拉伸倍數(shù)，且干熱拉伸溫度控制在175℃比較合理。合理搭配各級(jí)拉伸倍數(shù)，能夠制得拉伸性能較好的原絲，并非總拉伸倍數(shù)越高越好。
　　為實(shí)現(xiàn)有效、可靠的碳纖維飽合蒸汽拉伸實(shí)驗(yàn)，課題組對(duì)現(xiàn)有飽和蒸汽拉伸裝置進(jìn)行部分改進(jìn)，完善了飽和蒸汽拉伸裝置保溫性和密封性(保壓性)，優(yōu)化設(shè)計(jì)出“翻蓋”式的拉伸部件，解決實(shí)驗(yàn)穿絲不便的難題

4、，實(shí)現(xiàn)精確溫濕度控制。
　　采用改進(jìn)后的飽和蒸汽拉伸裝置，對(duì)碳纖維原絲進(jìn)行飽和蒸汽拉伸實(shí)驗(yàn)，并對(duì)拉伸后纖維進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)和性能表征，經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析得出：飽和蒸汽拉伸過程中，在原絲能承受的溫度壓力范圍內(nèi)，同時(shí)增加預(yù)熱段和加熱段的溫度壓力，原絲的實(shí)際拉伸倍數(shù)增加，拉伸后原絲性能增強(qiáng)。在同一飽和蒸汽拉伸工藝中，飽和蒸汽拉伸溫度、壓力和拉伸倍數(shù)應(yīng)該匹配，較高拉伸倍數(shù)對(duì)應(yīng)較高拉伸溫度、壓力，但拉伸倍數(shù)和拉伸溫度都有上限，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)把工