聚丙烯腈基碳纖維結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)性研究.pdf

1、原絲的性能很大程度上影響著碳纖維的性能，但是預(yù)氧化碳化工藝也起著關(guān)鍵性作用。為了研制高性能碳纖維，應(yīng)考慮到纖維的結(jié)構(gòu)因素及與此相適應(yīng)的工藝參數(shù)。因此在生產(chǎn)過(guò)程中，強(qiáng)化正因素、把負(fù)因素降到最低程度，是制取高性能碳纖維的關(guān)鍵所在。 碳纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)具有遺傳性，如原絲結(jié)構(gòu)，原纖的擇優(yōu)取向，單絲的截面形狀等基本都保留在碳纖維中。原絲經(jīng)過(guò)預(yù)氧化碳化后纖維的結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，纖維表層的溝槽逐漸變淺；內(nèi)部層狀結(jié)構(gòu)的層間間距減??；芯部結(jié)構(gòu)逐

2、漸變致密，但是皮芯結(jié)構(gòu)仍然存在。預(yù)氧化碳化過(guò)程中纖維的纖度減小，斷裂伸長(zhǎng)率減小，強(qiáng)度先減小后增加。 以丙烯腈、衣康酸銨、衣康酸二甲酯為聚合單體制得的碳纖維強(qiáng)度較低，并且發(fā)現(xiàn)此類纖維的線密度變化較大，經(jīng)過(guò)預(yù)氧化、碳化后纖維的失重比較嚴(yán)重，纖維更容易產(chǎn)生缺陷，從而導(dǎo)致碳纖維的強(qiáng)度降低。 對(duì)預(yù)氧化纖維進(jìn)行酸處理，經(jīng)熱重-差熱聯(lián)動(dòng)分析，發(fā)現(xiàn)混酸處理后纖維的芳香化過(guò)程提前，碳纖維的強(qiáng)度增大。在高溫碳化中，對(duì)纖維進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，結(jié)果表

3、明四氯化碳、正庚烷都能使碳纖維的強(qiáng)度提高，所以高溫補(bǔ)強(qiáng)處理也是提高碳纖維強(qiáng)度的一個(gè)重要手段。 對(duì)不同強(qiáng)度的碳纖維進(jìn)行X射線衍射研究發(fā)現(xiàn)，碳纖維的結(jié)晶度越大，微晶厚度越厚，對(duì)應(yīng)的碳纖維強(qiáng)度越高。利用透射電子顯微鏡(TEM)觀察了三種不同強(qiáng)度的碳纖維，隨著碳纖維拉伸強(qiáng)度的升高，纖維的芯部占的比例減小。對(duì)碳纖維進(jìn)行高分辨電鏡(HRTEM)分析，可以看出碳纖維中含有球狀和帶狀兩種結(jié)構(gòu)，且無(wú)序區(qū)占的比例很大；碳纖維在高溫條件下具有熱收縮性

4、能。觀察無(wú)定形碳、碳纖維、石墨纖維和石墨四種不同形態(tài)的碳的電子衍射花樣圖，可以看出他們的結(jié)晶程度依次增大，其中無(wú)定形碳中幾乎沒(méi)有結(jié)晶；碳纖維和石墨纖維都是多晶結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度很低；石墨則是結(jié)晶度較高單晶的結(jié)構(gòu)。碳纖維和石墨纖維是介于無(wú)定形碳和石墨之間的一種過(guò)渡態(tài)碳。 測(cè)試碳纖維的力學(xué)性能時(shí)，制樣方法如上膠量、浸膠時(shí)間、樣品標(biāo)距等都對(duì)碳纖維強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果有影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著上膠量的增大，強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果也增大；碳纖維強(qiáng)度試樣的標(biāo)距越小，得