聚丙烯腈基炭纖維的催化石墨化研究.pdf

1、炭纖維因優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性而被認(rèn)為是一種十分優(yōu)良的增強(qiáng)材料。為了得到高強(qiáng)度及高模量的炭纖維，十分有必要提高炭纖維的石墨化度。石墨化是利用熱活化將熱力學(xué)不穩(wěn)定的炭原子實(shí)現(xiàn)由亂層結(jié)構(gòu)向石墨晶體結(jié)構(gòu)的有序轉(zhuǎn)化，因此，在石墨化過程中，要使用高溫?zé)崽幚?HTT)對(duì)原子重排及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變提供能量。為了使難石墨化炭材料的石墨化度得到提高，可以使用添加催化劑方法，稱為催化石墨化。本文以聚丙烯腈基(PAN基)炭纖維為研究對(duì)象，開展了炭纖維的催化石墨化

2、研究。
　　 (1)許多因素影響炭材料的催化石墨化性能，其中催化劑的分散，即炭材料與催化劑表面接觸是其中的關(guān)鍵因素，因此催化劑的添加方式對(duì)炭材料的最終石墨化度有著較大影響，好的分散可以提高石墨化度。本文采用一種簡單的方法在PAN基炭纖維的表面獲得高分散的錳氧化物。以高錳酸根為氧化劑，利用炭纖維及高錳酸根離子的氧化還原反應(yīng)在炭纖維表面自發(fā)沉積錳氧化物層，而后進(jìn)行高溫石墨化處理，實(shí)現(xiàn)了PAN基炭纖維的催化石墨化。利用X射線衍射儀(X

3、RD)，拉曼光譜儀，掃描電子顯微鏡(SEM)等方法對(duì)錳氧化物附著炭纖維的高溫催化石墨化進(jìn)行分析表征。作為對(duì)比，也對(duì)未經(jīng)處理炭纖維的高溫石墨化進(jìn)行了考察。結(jié)果顯示：錳氧化物覆層的催化作用大大加速了PAN基炭纖維的石墨化過程。在1600℃下熱處理就能得到高石墨化度炭纖維。同時(shí)本文也研究了錳氧化物沉積參數(shù)和熱處理溫度對(duì)PAN基炭纖維石墨化的影響。
　　 (2)有大量文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道過Al，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Ca，Ti，V，Mo

4、，W和 B 等元素的催化石墨化效果，但是稀土元素對(duì)難石墨化炭的催化石墨化卻少有研究。本文通過電鍍釔及液體浸漬分散硝酸鑭實(shí)現(xiàn)稀土元素在PAN基炭纖維上的分散沉積。利用XRD，拉曼光譜測(cè)試研究催化劑含量及石墨化溫度的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)一定量稀土元素能在2000～2400℃溫度范圍內(nèi)迅速地提高炭纖維的石墨化度。
　　 (3)利用等離子體技術(shù)在改變放電功率與處理時(shí)間的條件下前處理PAN基炭纖維，然后再進(jìn)行硼高溫催化石墨化。SEM、X射線衍射