聚丙烯腈基碳纖維預(yù)氧化工藝研究.pdf

1、預(yù)氧化是制造碳纖維過程中的關(guān)鍵一環(huán)，預(yù)氧化工藝參數(shù)是否合理，極大的影響后續(xù)制成的碳纖維的性能。對于不同的原絲和設(shè)備條件，需要通過一系列的比較試驗，來確定最優(yōu)的工藝參數(shù)。本文使用本實驗室自主設(shè)計制造的預(yù)氧化爐，進行連續(xù)預(yù)氧化模擬實驗，通過調(diào)節(jié)預(yù)氧化的停留時間以及預(yù)氧化的溫度梯度，并用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等手段，系統(tǒng)研究了不同工藝條件下纖維的化學組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并探討了工藝與性能的

2、相關(guān)性。
　　 研究發(fā)現(xiàn)，在預(yù)氧化過程中，PAN分子內(nèi)原有的C≡N、CH2等結(jié)構(gòu)經(jīng)環(huán)化、脫氫等反應(yīng)被消耗掉，同時生成了由共軛亞胺(C=N)和C=C組成的梯形結(jié)構(gòu)。與化學變化相伴隨的是，纖維2θ≈17°和2θ≈29°處的衍射峰出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，說明牽伸和預(yù)氧化反應(yīng)同時影響著纖維的結(jié)晶形態(tài)。在低溫階段，施加的牽伸占優(yōu)勢，使得原絲的結(jié)晶程度增加；而在高溫區(qū)，PAN分子的反應(yīng)已經(jīng)蔓延到晶區(qū)，化學反應(yīng)破壞了晶體的結(jié)構(gòu)，到預(yù)氧化后期，

3、兩個衍射峰幾乎消失了。而新的2θ≈25°的衍射峰說明形成了類似石墨的新結(jié)構(gòu)。而纖維的體密度隨預(yù)氧化而增加，而且增加幅度有越來越大的趨勢。強度在220℃之前強度增加，之后迅速減小。
　　 對預(yù)氧化停留時間的考察發(fā)現(xiàn)，纖維的環(huán)化度隨預(yù)氧化時間的延長而增加，增加到一定的程度后基本保持穩(wěn)定，而且晶區(qū)和無定形區(qū)的預(yù)氧化反應(yīng)有所不同，晶區(qū)的預(yù)氧化反應(yīng)較無定型區(qū)滯后。但是延長預(yù)氧化的時間會使2θ≈25°的衍射峰則持續(xù)增強。這表明在纖維的環(huán)化、