PAN成纖——晶態(tài)結(jié)構——預氧化結(jié)構相關性研究.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)原纖、原絲、預氧纖維到碳纖維的結(jié)構逐步形成、演變,與其在制備過程所經(jīng)歷的外場環(huán)境有關,其微觀結(jié)構影響碳纖維的宏觀性能。結(jié)晶結(jié)構作為PAN纖維多級結(jié)構的一種,其形成及對纖維性能及后續(xù)反應的影響,是一直受到關注的研究課題。
　　 PAN原絲的結(jié)晶度和晶粒尺寸與紡絲工藝相關,本文通過改變成型、成纖條件,獲得不同晶態(tài)結(jié)構特點的PAN原絲并對其進行預氧化處理,采用XRD衍射表征PAN纖維的結(jié)晶度和晶粒尺寸,體密度和掃描電

2、子顯微鏡表征PAN纖維的形態(tài)結(jié)構,紅外光譜法表征PAN纖維的化學結(jié)構,紫外光譜法表征PAN纖維的溶解性,DSC表征PAN纖維的熱性能,萬能材料試驗機測試PAN原絲的應力-應變曲線。通過研究成纖過程形成的不同特點的PAN原絲晶態(tài)結(jié)構及對原絲性能的影響、對預氧化結(jié)構的影響,最終揭示PAN成纖條件與原絲晶態(tài)結(jié)構及預氧化進程的相關性。研究結(jié)果表明:
　　 1、聚丙烯腈濃溶液通過傳熱與傳質(zhì)發(fā)生相分離形成聚丙烯腈纖維。低溫凝固成纖以傳熱為主

3、,形成的初級凝膠網(wǎng)絡結(jié)構物理交聯(lián)點多,PAN纖維結(jié)晶度較大,晶粒尺寸較小;高溫凝固成纖以傳質(zhì)為主,凝固劑水的擴散力使得PAN纖維結(jié)晶度較小,晶粒尺寸較大。受熱力耦合作用,一級牽伸提高,PAN纖維結(jié)晶度增大,但由于一級牽伸的溫度相對較低,晶粒尺寸增長甚微?？偁可煲欢?一二級牽伸匹配不同,結(jié)晶度變化不大,但隨著二級牽伸倍數(shù)的增大,受高溫和小分子增塑作用影響,晶粒尺寸增長明顯。
　　 2、PAN原絲的結(jié)晶結(jié)構影響原絲的性能:結(jié)晶度小的

4、PAN原絲,由于其結(jié)構對鏈段的束縛力較小,隨應力的增大,應變較大;結(jié)構疏松,體密度較小,易于溶解;有利于氧的擴散,促進環(huán)化反應和初期氧化反應,預氧化反應程度較高;在60℃～160℃的溫度區(qū)間,由于非晶區(qū)向晶區(qū)的轉(zhuǎn)變較多,熱焓值較大。晶粒尺寸小的PAN原絲,隨應力的增大,應變較大。
　　 3、PAN原絲的結(jié)晶結(jié)構影響預氧化反應及預氧化進程:結(jié)晶度小的PAN原絲在預氧化進程中,每個階段的PAN纖維相對環(huán)化率和芳構化指數(shù)都較高,其總體