聚酰亞胺基高導(dǎo)熱炭纖維的結(jié)構(gòu)演變及性能研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展，散熱問題成為制約許多行業(yè)發(fā)展的瓶頸。例如，隨著電子設(shè)備元器件集成度的不斷提高，設(shè)備在運行的過程中會產(chǎn)生大量的熱。如果不將這些熱量及時有效的傳導(dǎo)出去，不僅會影響設(shè)備使用體驗，更影響了設(shè)備運行的穩(wěn)定性和安全性。解決這一問題的關(guān)鍵是尋找合適的散熱材料，石墨材料由于其高的理論導(dǎo)熱率及導(dǎo)熱率沿層面和層間距的各向異性（層面2300W·m-1·K-1，層間6-9W·m-1K-1），已經(jīng)受到越來越多研究者的關(guān)注。聚酰亞胺(Polyi

2、mide，PI)是一類易石墨化的材料，PI薄膜通過石墨化處理可制備導(dǎo)熱率達到1800W·m-1·K-1以上的高結(jié)晶性石墨膜，目前已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用?？梢栽O(shè)想，PI纖維也可以通過適當熱處理工藝制備高導(dǎo)熱的石墨纖維，然后通過復(fù)合制備出導(dǎo)熱率可控的定向?qū)岵牧?，在?dǎo)熱領(lǐng)域潛力巨大。
　　本文首先通過兩步法并經(jīng)干濕法紡絲制備了PI纖維，然后經(jīng)高溫?zé)崽幚碇苽淞薖I基炭纖維及其石墨纖維。研究了其前驅(qū)體分子結(jié)構(gòu)、聚合時間、炭化過程中的張力以及PI

3、分子的交聯(lián)處理對PI基炭纖維的元素含量、炭化收率以及傳導(dǎo)性能的影響，并對PI纖維經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)變?yōu)槭w維過程中的結(jié)構(gòu)演變及機理進行了研究。
　　研究表明:通過改變PI的分子結(jié)構(gòu)，進一步炭化處理可得到不同結(jié)構(gòu)的炭纖維。隨著共聚纖維中（4，4'-二氨基二苯醚）ODA含量增加到一定范圍，纖維的熱穩(wěn)定性進一步增加，同時炭化過程中的放熱更加緩和，使得PI纖維在炭化過程中不會因力學(xué)性能下降太多而導(dǎo)致斷裂，提高了加工過程的穩(wěn)定性。聚酰亞胺基石墨纖

4、維的導(dǎo)熱率隨著ODA含量的增加先增后減，POP-20％的熱導(dǎo)率最高為305.2W*m-1*K-1。
　　進一步探究了加工工藝條件對聚酰亞胺纖維及聚酰亞胺基炭纖維性能的影響，發(fā)現(xiàn):隨聚合時間的延長，聚酰胺酸(Polyamide acid，PAA)的分子量降低，分子量分布逐漸均勻，聚酰亞胺基炭纖維的結(jié)晶性，拉伸強度，斷裂伸長，導(dǎo)熱率均逐漸增加，60min聚合時間所得炭纖維性能最優(yōu);
　　對PI纖維炭化過程中施加一定的張力，有助于

5、促進炭纖維中石墨微晶的取向，提高炭纖維結(jié)晶性和導(dǎo)熱率;但當張力超過一定值時，纖維內(nèi)部炭化產(chǎn)生的微裂紋逐漸擴大，使炭纖維力學(xué)性能和傳導(dǎo)性能出現(xiàn)一定程度降低;160g張力處理所得石墨纖維導(dǎo)熱率最高，為128.2W*m-1*K-1。
　　借鑒中間相瀝青基炭纖維和聚丙烯腈基炭纖維生產(chǎn)工藝中的交聯(lián)穩(wěn)定化過程，制備了分子鏈上含有羧基的聚酰亞胺纖維（DABA型），并通過直接熱處理（物理交聯(lián)）和化學(xué)交聯(lián)處理制備了兩種不同交聯(lián)PI纖維，比較了不同交