PAN纤维直径对预氧化工及碳纤维结构性能的关联性研究-材料工程专业毕业论文.docx

北京化工大学硕士学位论文结果表明：直径的差异对PAN纤维的结构性能有一定的影响， 北京化工大学硕士学位论文 结果表明：直径的差异对PAN纤维的结构性能有一定的影响， 随着直径的减小，PAN纤维的微观结构和反应活化能呈现一定的规律， 结晶度逐渐增大、晶粒尺寸减小、体密度逐渐增加、化学反应的活化 能逐步变大。直径的减小可以提高PAN纤维分子链的规整度，微观 结构更加均质化。相对于较粗直径的PAN纤维，直径较细的PAN纤 维由于其分子链规整度较高，化学反应活化能较高，所以需要在较高 的预氧化起始温度才可以引发环化反应，不同直径的PAN纤维的预 氧化终止温度相差不大。 PAN纤维的预氧化过程可以分为两个阶段：环化反应阶段和氧化 反应阶段。PAN纤维在220～250。C之间环化反应最剧烈，相对环化度 增加较快；250。C以后环化反应趋势变缓，PAN纤维主要发生氧化反 应，氧元素参与官能团间的互变异构过程。预氧化起始温度和终止温 度对PAN纤维的化学反应程度和最终碳纤维的力学性能影响较大； 预氧化中期的温度变化对碳纤维的力学性能影响较小。预氧化中后期 PAN纤维内部环化反应速率变缓、芳构化反应加快，预氧化时间过长 会导致PAN纤维过度预氧化，容易导致碳纤维结构缺陷，不利于碳 纤维结构性能的提高。随着预氧化时间的降低，碳纤维的疡∞减小， k和三口尺寸增大，孔隙率也随之降低，碳纤维的结构规整度和石墨 化度较高。对于实验所用PAN纤维，当预氧化中后期的时间控制在 30min左右时，此时预氧化纤维的密度为1．37459／cm3，氧元素含量为 9．8％，经过碳化处理后制得的碳纤维的体密度达到了1．79139／em3， 碳纤维的拉伸强度达到了5．12GPa。 万方数据 摘要在相同的预氧化工艺条件下，相对于较粗直径的PAN纤维，直 摘要 在相同的预氧化工艺条件下，相对于较粗直径的PAN纤维，直 径较细的PAN纤维的环化反应速率更大，预氧化反应更加充分。降 低PAN纤维直径使其对应的碳纤维的微观晶面间距小、晶面尺寸较 大，碳网层面的规整度更高，石墨化程度也较高，碳纤维表面和内部 的孔洞等缺陷导致的孔隙率较低，拉伸强度更大。粗直径的PAN纤 维需要较长时间的预氧化时间，降低PAN纤维的直径可以降低预氧 化时间，有利于制备出高性能的PAN基碳纤维。 关键词：聚丙烯腈纤维，直径，预氧化，碳纤维 III 万方数据 北京化工大学硕士学位论文EFFECTS 北京化工大学硕士学位论文 EFFECTS OF PAN FIBER DIAMETERS ON STABLEILIZATION PROCESS，STRUCTURARL AND MECHANICAL PROPERTIES OF CARBON FIBERS ABSTRACT Recently,polyacrylonitrile(PAN)fibers are becoming one of the most important precursors for the preparation of high performance carbon fibers，and the quality of the PAN fibers is the key factor to influence the properties of the final carbon fibers．At present,the quality of domestic PAN fibers has been greatly improved，the performance of PAN based carbon fibers is equivalent to that of foreign general grade products，but the stableility of the carbon fibers products still needs to be improved．In this paper,the X-ray diffraction analyzer(WhXD)，density gradient column and differential scanning calorimetry(DSC)were used to characterize the structure and thermal properties of five 1 2K PAN fibers with different diameters．We aimed to compare the effects of diameter differences on the microstructure and activation energy of PAN fibe