干濕法與濕法PAN基碳纖維制備過程中纖維結(jié)構(gòu)性能的差異性研究.pdf

1、對(duì)于國產(chǎn)碳纖維，干濕法工藝起步較晚，有許多空白需要填寫，并由于其具備紡絲速度快，噴絲穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，可以有效的降低工業(yè)成本，所以我國也逐漸把聚焦點(diǎn)放在這個(gè)方面上。本文以干濕法原絲為基準(zhǔn)，濕法原絲為對(duì)比。通過兩種纖維所具有的不同的紡絲特點(diǎn)為依據(jù)，在探究預(yù)氧化溫區(qū)溫度變化對(duì)兩種纖維的結(jié)構(gòu)的影響。然后在相對(duì)最好工藝的基礎(chǔ)上制備兩種碳纖維制品。旨在于研究這兩種不同紡絲工藝的纖維從原絲階段通過預(yù)氧化，碳化過程制備碳纖維中其化學(xué)結(jié)構(gòu)，晶態(tài)結(jié)構(gòu)，形貌結(jié)構(gòu)

2、變化的差異性。
　　首先實(shí)驗(yàn)通過對(duì)兩種纖維原絲進(jìn)行SEM、DSC、XRD等測試工作，通過分析得出兩種纖維的直徑數(shù)量級(jí)相似，干濕法纖維的直徑稍小，表面平整光滑無缺陷，而濕法纖維直徑稍大表面粗糙有濕法纖維特有的褶皺狀凹痕。熱處理方面，根據(jù)peak1峰與peak2強(qiáng)度的差異對(duì)比。說明預(yù)氧化反應(yīng)階段干濕法纖維的環(huán)化反應(yīng)活化能較高，氧化反應(yīng)活化能較低。纖維晶態(tài)結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)干濕法纖維的2個(gè)不同晶面的衍射峰都較濕法纖維大，通過分析干濕法的結(jié)晶

3、度，晶粒尺寸和晶區(qū)取向度都較濕法纖維稍高，說明干濕法纖維的準(zhǔn)晶區(qū)含量多，鏈段規(guī)整度良好，晶區(qū)沿纖維軸向排布緊密。
　　為了對(duì)比兩種纖維制備過程中的結(jié)構(gòu)演變趨勢(shì)，需要優(yōu)化兩種纖維的工藝，所以實(shí)驗(yàn)通過對(duì)兩種纖維的預(yù)氧化工藝進(jìn)行探究工作。發(fā)現(xiàn)預(yù)氧化過程中不同階段的工藝改變都會(huì)對(duì)碳纖維力學(xué)性能產(chǎn)生影響，前期與后期影響較大，而中期則較小。干濕法在調(diào)整工藝下制備的碳纖維具有5.02Gpa抗拉強(qiáng)度，體密度為1.3766g/cm3，濕法則為4.4

4、5Gpa抗拉強(qiáng)度與1.3690g/cm3的預(yù)氧纖維體密度。兩種纖維對(duì)比中，干濕法纖維環(huán)化度變化趨勢(shì)不明顯，纖維前期環(huán)化度只在35％左右，而濕法纖維則可達(dá)到50％左右。預(yù)氧化過程中，后期工藝改變對(duì)氧含量影響較大，對(duì)環(huán)化度也有一定影響。最終預(yù)氧纖維環(huán)化度在70％-80％之間，兩種最終預(yù)氧纖維氧含量增量在6％-7.5％之間。
　　實(shí)驗(yàn)通過在最佳工藝下制備兩種紡絲方式的碳纖維樣品并且收取過程樣品進(jìn)行FTIR、元素分析、SEM、EDS、XR

5、D等測試方法進(jìn)行分析得出，干濕法纖維受制于高的結(jié)晶度的在預(yù)氧化前期環(huán)化反應(yīng)進(jìn)行較少，環(huán)化度增長緩慢，在中期和后期環(huán)化反應(yīng)開始加速。濕法纖維則在前期就開始大量開始進(jìn)行環(huán)化反應(yīng)，兩種纖維最終預(yù)氧纖維的環(huán)化度基本相似。在最佳工藝下，兩種纖維在預(yù)氧化前期氧化反應(yīng)進(jìn)行都較少，氧含量增量不大，最終纖維的氧含量增量濕法纖維由于其特殊的表面形貌大于干濕法纖維。兩種纖維的體密度由環(huán)化反應(yīng)與氧化反應(yīng)的影響，干濕法纖維由于預(yù)氧化前期反應(yīng)進(jìn)行較少，密度變化也同

6、樣平緩，后期則密度開始加速增加，而濕法則因?yàn)槠湓z活化能較小，晶區(qū)含量少等因素纖維密度增長隨著溫區(qū)溫度變化呈現(xiàn)直線形。兩種纖維的最終預(yù)氧纖維的徑向氧元素都呈現(xiàn)特殊的U字型代表兩種紡絲纖維制備的預(yù)氧纖維都具有一定的皮芯結(jié)構(gòu)。濕法纖維外層氧元素含量較多，芯層較小，而干濕法纖維則外層氧元素含量相比濕法纖維較少，芯層則較多。最終制成的干濕法碳纖維晶態(tài)結(jié)構(gòu)更為完善，晶粒尺寸與堆疊厚度更大而晶面間距較小，并且孔隙率較小，這些碳纖維的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)很大程度