預(yù)氧化正牽伸和負(fù)牽伸對(duì)PAN纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、PAN原絲的預(yù)氧化過程在整個(gè)聚丙烯腈(PAN)基碳纖維的制備過程中起到承上啟下的作用。優(yōu)異的預(yù)氧化纖維能夠制得性能更好的碳纖維。本文深入研究PAN原絲的熱性能和制定優(yōu)異的預(yù)氧化參數(shù)之間的關(guān)系。牽伸是預(yù)氧化過程中一項(xiàng)不可或缺的參數(shù),研究正牽伸和負(fù)牽伸(主要是高溫負(fù)牽伸)對(duì)今后的預(yù)氧化工作有一定的指導(dǎo)意義。采用差示掃描量熱儀(DSC)、熱重分析儀(TG)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、元素分析儀、廣角X射線衍射儀(WAXD)、掃描電鏡(S

2、EM)、以及強(qiáng)度測(cè)試等方法來系統(tǒng)地研究PAN原絲的熱性能、預(yù)氧化過程中參數(shù)的制定、以及正牽伸和負(fù)牽伸對(duì)纖維晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。
　　 PAN原絲的熱分析是制定預(yù)氧化工藝參數(shù)的重要依據(jù),結(jié)果表明,共聚單體的加入改善了原絲的熱性能,使放熱峰加寬、放熱速率減緩,失重率低,并且在較低溫度下引發(fā)環(huán)化反應(yīng)。對(duì)于共聚PAN原絲,在空氣中的放熱峰寬、失重率都低于在氮?dú)鈿夥?。在空氣氣氛?隨著升溫速率的升高,DSC放熱曲線整體向高

3、溫方向移動(dòng),并且峰形變窄,因此原絲的預(yù)氧化要在較低的升溫速率或較小的溫度梯度、空氣氣氛下進(jìn)行。同時(shí)原絲中C、H、N、O四種元素含量在預(yù)氧化前期變化幅度較小,在預(yù)氧化中后期,氧化反應(yīng)比較劇烈,C、N、H含量逐漸減少,O含量劇烈增加。
　　 牽伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,無論正牽伸還是負(fù)牽伸對(duì)纖維的FTIR圖譜和XRD圖譜的形狀和位移沒有顯著的影響。正牽伸條件下,晶面間距d在2θ=17°附近時(shí)先減小后增大,而在2θ=25°附近時(shí)卻是總體增大,并

4、且強(qiáng)度隨著牽伸的增大而逐漸降低。負(fù)牽伸條件下,d在2θ=17°附近的反映和2θ=25°的反映恰好相反,纖維強(qiáng)度在較低負(fù)牽伸下較高,負(fù)牽伸加大則強(qiáng)度下降。運(yùn)用第四統(tǒng)計(jì)力學(xué)解釋了預(yù)氧化過程中非晶形與晶形的競(jìng)爭(zhēng)過程以及定量分析牽伸與預(yù)氧化纖維強(qiáng)度的關(guān)系。
　　 預(yù)氧化過程中的FTIR圖譜表示,C三N和CH2等原有基團(tuán)經(jīng)過預(yù)氧化后逐漸減少,而出現(xiàn)了C=N、C=C、C=O等新的吸收峰。同時(shí)XRD圖譜上顯示出,由于預(yù)氧化初期施加一定的牽伸使