聚丙烯腈基炭纖維制備過程中組織結(jié)構(gòu)演變的研究.pdf

1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文聚丙烯腈基炭纖維制備過程中組織結(jié)構(gòu)演變的研究姓名：王延相申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：王成國20030411山東大學(xué)博士學(xué)位論文——聚丙烯腈基炭纖維制備過程中組織結(jié)構(gòu)演變的研究原絲是由呈一定取向的片層構(gòu)成，形成片層形貌是由于PAN螺旋堆積作用所引起的，堆積作用受鏈與鏈之間相互作用的最優(yōu)化支配，片層結(jié)構(gòu)的形成與纖維形成機(jī)制有很密切關(guān)系，而這些又要受各種紡絲條件的影響，含固量、拉伸倍數(shù)、凝固浴濃度、溫度、拉伸浴

2、溫度等對原絲性能影響較大。預(yù)氧化纖維是有“皮芯結(jié)構(gòu)”的，外層是由與纖維軸平行或者傾斜成一定角度的微纖片層結(jié)構(gòu)組成的，而內(nèi)部是雜亂無章的片層結(jié)構(gòu)，這是由于拉伸造成的。經(jīng)過1000“(2燒制出來的炭纖維層片厚度約為0034)1l址n，厚度減小說明片層內(nèi)部在炭化過程中發(fā)生了變化。135012炭化后所得的炭纖維由許多類似魚鱗的片層構(gòu)成，可以看到片層上納米級微晶。在預(yù)氧化過程中，聚丙烯腈原絲主要進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)變化和形態(tài)結(jié)構(gòu)的重排。首先在無定形區(qū)引發(fā)

3、環(huán)化反應(yīng)，然后擴(kuò)展至有序區(qū)，最終形成耐熱的梯形環(huán)化結(jié)構(gòu)。隨著預(yù)氧化溫度提高PAN纖維在2o=17。(對應(yīng)著(001)面)處的國有衍射峰強(qiáng)度明顯減弱，半蜂寬增大，同時(shí)2o=29。(對應(yīng)著(011)面)處有序區(qū)的另一個(gè)特征峰逐漸消失，在250“C左右時(shí)纖維結(jié)構(gòu)變化開始劇烈，2o=25。(對應(yīng)著(002)面)左右出現(xiàn)一個(gè)新的，較寬的模糊衍射峰。隨著丙烯酸甲酯含量增加，紡絲液粘均分子量、固含量、特性粘度以及轉(zhuǎn)化率提高，一定值后，又都降低，MA組

4、分并不是激活而是阻礙環(huán)化，與IA促進(jìn)環(huán)化是矛盾的，MA含量為3～4wt％時(shí)的配比是最有利于環(huán)化的臨界濃度。羧基含量少時(shí)，在預(yù)氧化過程中環(huán)化溫度會得到提高。預(yù)氧化主要是為氧的擴(kuò)散所控制，原絲結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了絲束結(jié)構(gòu)一半熔堆垛結(jié)構(gòu)一片狀發(fā)散結(jié)構(gòu)的演變過程。原絲在預(yù)氧化過程中，僅僅表層預(yù)氧化完全，而心部還處在半熔堆垛狀態(tài)。對日本原絲及炭纖維和國內(nèi)原絲及炭纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行比較，可以得出結(jié)論：低雜化、致密化、細(xì)特化、細(xì)晶化是制備高性能原絲的前提。國產(chǎn)