靜電紡聚丙烯腈(PAN)基碳纖維預(yù)氧化過(guò)程中熱反應(yīng)速率控制的研究.pdf

1、碳纖維具備高比強(qiáng)度的優(yōu)異性能。然而目前傳統(tǒng)方法制備的碳纖維拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)低于理論值，而且由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制備時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高，阻礙了碳纖維的大范圍應(yīng)用。而利用靜電紡絲方法制備的PAN基纖維具備小尺寸效應(yīng)、微晶化和均質(zhì)化等特點(diǎn)，從初生纖維到轉(zhuǎn)變?yōu)樘祭w維的過(guò)程中，可大量減少各類缺陷的產(chǎn)生，快速完成熱處理階段的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，對(duì)快速制備高性能碳纖維有重大意義。
　　本文采用靜電紡絲設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室成套自制的動(dòng)態(tài)循環(huán)水浴方法收集到電紡初生PAN基纖維后

2、，經(jīng)后處理得到電紡原絲。探究了短預(yù)氧化時(shí)間、高熱反應(yīng)速率下制備電紡碳纖維的可能性;通過(guò)電鏡測(cè)試(SEM)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、晶態(tài)結(jié)構(gòu)測(cè)試(XRD)等比較了同一組分、不同數(shù)量級(jí)直徑尺寸及其相關(guān)結(jié)構(gòu)原絲在相同熱處理?xiàng)l件下結(jié)構(gòu)演變的規(guī)律特點(diǎn);并運(yùn)用拉曼測(cè)試、X射線衍射(WAXD)等方法，將電紡絲最終碳纖維制品與同一處理?xiàng)l件下的普通碳纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。
　　研究表明:(1)依賴于電紡原絲的小尺寸效應(yīng)和完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，完成了14

3、min、16min、18min的預(yù)氧化工藝探索，相比于SAF最佳工藝的80min工藝，最大縮短時(shí)間達(dá)82.5％，而且最終碳絲的密度和拉伸強(qiáng)度，并沒(méi)有比前期實(shí)驗(yàn)室最好20min預(yù)氧化工藝下的數(shù)值降低。(2)經(jīng)由靜電紡絲技術(shù)制備的原絲直徑是原SAF纖維的近1/40，電紡纖維的表面光滑、沒(méi)有明顯缺陷，結(jié)晶度和取向度高于原SAF纖維。表明靜電紡絲方法令原絲細(xì)徑化、結(jié)構(gòu)更加完善。(3)借助于電紡原絲小直徑、高比面積的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)起始溫區(qū)的熱處理后，