聚丙烯腈基碳纤维原丝、预氧丝取向结构及理论模型研究

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1、北京化工大学硕士研究生学位论文聚丙烯腈基碳纤维原丝、预氧丝取向结构及理论模型研究摘要作为制备高性能碳纤维前驱体之一的聚丙烯腈(Polyac拶lonitrile—PAN)纤维，由予其生产工艺简单、产品的综合性能优楚，被认为是当今制造碳纤维的最常见积最重要的原丝。因此，研究pAN原丝的微观结构与力学性能之间的关系，从丽确定出原丝制备的最佳工艺条件；探讨原丝在预氧化过程中其内郝微观结构以及由此弓

2、起的宏观性能改变，为预氧化工艺生产条件的改进提供理论依据，对于改善和提高国产聚页烯腈基碳纤维的质量鸯着重要意义。本研究运用粉末卜射线衍射法、极图法、二维蹦线照相、扫描电子显微

3、镜、傅立叶交换红外、声速法等微观结构和敬向的表征手段以及力学性能测试，对聚丙烯腈原丝及预氧丝的微观结构与力学性能阅关系进行了系统的实验和理论模型研究。研究结莱表明：聚丙烯腈原丝的微观取向结构对冀力学性能有很大的影响，可进～步影响到其成品碳纤维的品质；原丝表面存在多种形态的各种缺陷，这些缺陷将“遗传”绘碳纤维，造成最终产品碳纤维的力学性能的下降，因而应最大限度地减少缺陷数目和减小缺陷尺寸：由j，-一射线衍射法得到的极图能更直观地表达啦聚丙烯脂原丝的分子链沿拉伸方向的取向程度，北京化工大学硕士研究生学位论文拉伸程度越大，取向也更为集中；由声速法得磁的取向度与Craw

4、ford和Kols姆模型推导池的理论曲线进行比较，两者能够很好的吻合；原丝的杨氏模量、断裂强度等力学性能随着拉伸倍数的增加丙增加，对原丝的适度拉伸，可使其力学性能有所提高，但当总挝伸比大于8时，原丝的取向增加变缓，因此，总拉伸比确定在6—8之间较佳。同时，本研究还探讨了PAN原丝在连续预氧化过程中氧化丝结构变化及与性能的关系。研究结果表明，在到烈纤维的预氧化过程中，随着热处理温度的升高，纤维在2口一16．5。的固有衍射强度逐渐减弱以至最后消失，2护一25．5。附近显示出新的衍射强度且其强度逐渐增加，表明了旧的序态结构逐渐遭到破坏，并形成了新的序态结构。本研究采用

5、劳环化指数AromaticmdeX_一．上、反应程度参数Extendof&action一层0吠来定量的表示预氧丝预氧化程度，研究发现随着预氧化瀛度的升高，反应程度增加，纤维的么厶EO吹值均有所增加；采用显微红外二向色性法来研究预氧丝的取向结构变化，发现随着预氧化程度豹加深，纤维中分子链沿纤维轴向驭向稔度下降，纤维样品的力学性能稍有降低。关键词：pAN原丝，预氧丝，极图，取向，模型H北京化工大学硕士研究生学位论文STUDYoNTHEORIENTATIONSTRUCTUREANDTHOERETICALMODELOFpIANPRECURSORANDpREOXIDIZE

6、DFIBERABSTRACTThepolyac秽loni饿le(P舣Q舶eriswi&lyusedast量]Ieprecursorofcarbon聃er(CF)，whichisbecauseofthesimpleprocessing，tl把lowmanufacturingcost勰dmeexcellentmechanicalproperties．骶1emicrostmctureof搬ef．ANpfecursofscould8扛onglyaf托cton诵es讯lc蚀reof也eCF，alsotheheattrea乜nentof畦leprecursorcoulddr

7、amat主callychallget圭1e礤emicalandphysicals吨ctureoft11e釉er．Itisobviouslyve搿imponanttostudyonthesekeypfocesses．ThismayhaVesomehelp、)l，i也t}leoptimizationoftheprecurSorprocessalldt量leimproVementof协eoxid砒ionprocess，alsothehighqu蠢ityoftheCFproduction．Int圭lisstudy，asystemat主cstudyof鼢．Nprecurs

8、ora芏ldpreoxidizedfiberwasstudiedbyusing也ecombinationsof也ee印e矗mentaltechniq∽swhichincludestwo—dimensionalimage，powderdi衢actionaIldpolefigure，Fourier1'r皴s矗)nnIn矗aredSpectposcopy(FT王釉，ScanningElectronMicroscopy(SEM)，andsoundIveloc耐metllod。mou曲t圭1emeo糟ticallystudyitreveals融erelationshipb

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