聚丙烯腈基碳纖維原絲在制備過程中微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究.pdf

1、長春工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要碳纖維是20世紀(jì)60年代興起的一種新型纖維材料，它廣泛運用在國防(宇航工業(yè)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈、現(xiàn)代軍用艦艇等)、商業(yè)、民用(航空、文體、工業(yè)以及運輸?shù)?上。它是一種理想的功能材料和結(jié)構(gòu)材料，不僅耐高溫、抗蠕變、耐腐蝕，而且熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好、比強度和比模量高。聚丙烯腈基(PAN)原絲作為碳纖維的前驅(qū)體，提高其結(jié)構(gòu)性能是制備優(yōu)質(zhì)碳纖維的關(guān)鍵因素。國內(nèi)外已有許多關(guān)于聚丙烯腈基原絲的報道，在研究內(nèi)容方面探討成品原絲

2、微觀結(jié)構(gòu)特征的較多，而系統(tǒng)研究結(jié)構(gòu)形成過程的還較少。本文對關(guān)鍵工藝節(jié)點上的原絲進(jìn)行跟蹤測試，目的是掌握原絲結(jié)構(gòu)及其缺陷的變化規(guī)律，從而改進(jìn)工藝、提高原絲質(zhì)量。使用廣角x射線衍射(WAXD)技術(shù)表征纖維結(jié)晶度、取向度的變化規(guī)律，從WAXD圖中我們可以看出，隨著紡絲的進(jìn)行，過程纖維的結(jié)晶度和取向度逐漸增大；用單纖維強力機測量PAN纖維的斷裂強度，發(fā)現(xiàn)纖維的結(jié)晶度和取向度越高，其斷裂強度越大，相對于結(jié)晶度和取向度，晶粒尺寸對PAN原絲斷裂強度

3、的影響較?。皇褂脪呙桦娮语@微鏡(SEM)和小角X射線散射(SAXS)技術(shù)表征纖維的表面缺陷和內(nèi)部微孔洞缺陷，隨著牽伸的進(jìn)行，纖維逐漸細(xì)旦化、致密化，內(nèi)部的無取向圓形孔逐漸向有取向的橢圓形孔過度，同時初生纖維的表面缺陷會遺傳給成品PAN原絲，并且有放大趨勢。同時本文還將實驗室自制的PAN原絲和日本PAN原絲進(jìn)行比較，分析結(jié)果表明自制原絲的取向度超過了日本原絲，說明自制原絲采用較大的初始牽伸力能夠促使高分子鏈更好的伸直取向。然而自制原絲結(jié)晶

4、度較低，大尺寸孔洞所占體積分?jǐn)?shù)較高，說明初始牽伸力過大會拉傷凝膠網(wǎng)絡(luò)中的骨架而殘留下較多大尺寸的缺陷源；自制纖維表面的凹槽產(chǎn)生于初生纖維并一直保留到成品原絲中，然而日本PAN原絲的表面卻很平整，這說明我們使用的上油工藝仍需改進(jìn)。本文研究的意義在于提出系統(tǒng)的理論指導(dǎo)碳纖維原絲的生產(chǎn)，此外，通過優(yōu)化工藝控制微觀結(jié)構(gòu)來改善碳纖維原絲的質(zhì)量，從而開發(fā)出更優(yōu)質(zhì)的碳纖維材料。關(guān)鍵詞：PAN基碳纖維原絲XRDSAXS微觀結(jié)構(gòu)微孔洞——莖童三些奎堂堡主

5、主生笙_文retainedtotheprecursor，however，surfaceofJapanPANprecursorisverysmooth，indicatingthatwetspinningprocessofhomemadeprecursorstillexitproblemsinthisrespectSignificanceofthisstudyliesintheproductionofcarbonfiberprecursor

6、withasystematictheorytoguide，byoptimizingprocesscontroltoimprovethequalityofthemicrostrucmreofcarbonfiberprecursor，andproducemorehighqualitycarbonfibermat—alKeywords：PANbasedcarbonfiberprecursorSAXSXRDMicrostructureMicro