硼系催化劑改性制備聚丙烯腈基高強高模碳纖維.pdf

1、石墨化是一個消除碳結(jié)構(gòu)中的缺陷，使碳材料三維有序結(jié)構(gòu)發(fā)展的過程，由于聚丙烯腈基碳纖維是一種由無定形碳和石墨微晶組成的多晶多相材料，屬于較難石墨化的材料。為了得到抗拉模量大于400GPa的聚丙烯腈基高模量碳纖維，一般都要在3000℃左右的高溫下進行熱處理，但是在如此高的溫度下碳纖維的強度又會嚴(yán)重下降。因此，采用催化石墨化的方式，在較低溫度下獲得較高的模量或在獲得相同模量的條件下降低石墨化溫度對制備聚丙烯腈基高模量碳纖維是非常有意義的。

2、r>　　 硼是一種獨特的石墨化催化劑，它是唯一可以與碳形成固溶體的催化劑，可以取代石墨晶格中的碳，促進石墨化進程。雖然已經(jīng)有很多學(xué)者研究了硼對碳纖維的催化石墨化作用，表明硼改性有提高碳纖維拉伸強度的可能性，但是針對硼及硼含量對碳纖維拉伸強度的影響還尚未清楚，其作用機理還需要更加深入和細致的研究。本文采用硼酸溶液浸漬法和納米B4C懸浮液浸漬法，系統(tǒng)的研究了兩種硼載體及其硼含量對聚丙烯腈基碳纖維的催化石墨化作用及其機理，著重探討了其對碳纖

3、維力學(xué)性能的影響。
　　 實驗結(jié)果表明，硼酸改性聚丙烯腈基碳纖維有明顯的催化石墨化效果，碳纖維的力學(xué)性能不僅受溫度的影響，同時還受硼含量的影響。在2300℃以下，硼改性碳纖維的拉伸強度低于未改性碳纖維的拉伸強度，但是2300℃以上，硼改性碳纖維的強度高于未改性碳纖維的強度。碳纖維的拉伸強度和模量均隨著硼含量的增加而增加，且當(dāng)熱處理溫度為2500℃時，經(jīng)7 wt％硼酸溶液改性的碳纖維的拉伸強度和模量同時達到最大值2.46 GPa和

4、404 GPa，同比增長了26％和16%。此外，碳纖維的拉伸強度還受碳與硼之間的反應(yīng)的影響，同時還與硼的存在形式有關(guān)。在1300℃以下硼酸分解并與碳發(fā)生反應(yīng)，使碳纖維表面產(chǎn)生缺陷，降低了碳纖維的拉伸強度。隨著熱處理溫度的不斷升高，硼會向碳纖維內(nèi)部擴散，并產(chǎn)生兩種存在形式：一種是取代固溶，另一是種是層間插層。前者會使層間距d002減小，微晶尺寸和取向度增大，而后者會使層間距增大。當(dāng)熱處理溫度在2300℃以上且硼含量適量時，取代固溶硼會起主