辐照改性聚丙烯腈纤维对预氧化碳化的影响

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1、东华大学硕士学位论文学校代码：10255学号：2100223辐照改性聚丙烯腈纤维对预氧化碳化的影响THEEFFECToF丫-RAYIRRADIATIoNOFPOLYACRYLoNlTIULEFIBERSoNoXIDATIoNANDCARBoNlZATIONPRoCESSES学科专业：姓名：指导教师：答辩日期：东华大学硕士学位论文东华大学学位论文原创性声明哪哪哪咖唧唧00咖唧唧Y2377409本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其

2、他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。东华大学硕士学位论文东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在——年解密后适用本版权书。本学位论文属于／不保密《学位论文作者签名：秀耖；数日期：驯弓年弓月午日指导教师签

3、名：黼日期：矽哆年弓月竹’辐照改性聚丙烯腈纤维对预氧化碳化的影响摘要碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐热性好等优点，是理想的复合材料增强体。聚丙烯腈纤维作为最重要的前驱体，需经过不熔化、碳化处理才能得到高性能碳纤维。不熔化处理一般在150．300。C进行，是一个复杂的化学和物理转变过程，并伴随着大量的热量释放。不熔化反应温度高，分子链解取向严重。传统的不熔化工艺通常采用缓慢加热的方式来抑制热量的集中释放，消耗大量时问和能耗，碳纤维生产成本居高不下，抑制了在民用领域的应用。因此，对聚丙烯腈原丝进行相关的改性处理，缩短不熔化时间和降低不熔化处理温度成为亟

4、待解决的问题。针对此，本文探索了聚丙烯腈纤维经过1，射线辐照处理后的不熔化碳化行为。利用Y射线辐照使聚丙烯腈分子链在室温下发生化学反应，产生梯形结构，抑制热处理阶段分子链的解取向，从而使不熔化纤维保留了分子链沿纤维轴向的高取向度。在不熔化阶段施加较大的张力进一步提高取向，碳化处理后得到晶区取向度较高的碳纤维，提高力学性能。(1)研究辐照对聚丙烯腈原丝结构及性能的影响。辐照改性后，纤维颜色加深，结合红外光谱和元素分析，发现分子链形成了部分环化结构和含氧官能团。XRD测试表明辐照诱发化学反应改变了微晶结构。DSC和TG测试分析得知改性纤维的放热峰有所提前且

5、变得平缓，热稳定性变好，碳收率提高。改性后单丝断裂伸长率提高了13％。(2)研究辐照改性对不熔化处理的影响。分析不熔化纤维的力学行能、热性能和元素含量等。拉伸强度测试得知改性后不熔化纤维的断裂伸长率大大提高，改性后纤维所能承受的最大外加张力增加，提高了50％，有利于在不熔化处理过程中施加较大张力，得到直径更细的不熔化纤维，并最终制得高性能碳纤维。DSC测试得知原丝改性经过不熔化处理后环化度提高。元素分析和体密度测试发现若要达到相同的不熔化状态，辐照改性后的纤维热处理时间缩短7min左右，不熔化处理时间缩短12％。(3)研究辐照改性原丝对碳纤维结构和性能

6、的影响。力学性能测试发现改性后在相同的工艺条件下所得到的碳纤维，拉伸强度提高。最大拉伸强度从2．575GPa提升N2．986GPa。模量基本保持不变，个别情况有所下降。体密度提高，缺陷减少。Ⅺ①测试得知改性原丝所得碳纤维品区取向度提高，且随不熔化过I程初始外加张力的增加呈上升趋势。SEM分析发现改性原丝所得碳纤维表面形貌更加粗糙，凹槽结构比较明显。关键词：碳纤维；辐照；不熔化；碳化；微晶结构；力学性能IITHEEFFECTOF7-RAYIRRADIATIONOFPoLYACRYLoNITRⅡ。EFIBERSoNoXIDATIoNANDCARBoNIZA

7、TIoNPRoCESSESABSTRACTCarbonfibersarenowwidelyusedaSareinforcingcomponentinthepreparationoflightweightcompositematerialsbecauseoftheirhighstrength，highelaSticmodulus，andlowdensity．Thepolyacrylonitrilefibersasthemostimportantprecursortomakehighperformancecarbonfiberneedgothroughox

8、idizationandcarbonizationprocesses．Thestabiliza