輻照改性聚丙烯腈纖維對預氧化碳化的影響.pdf

1、碳纖維具有高強度、高模量、低密度、耐熱性好等優(yōu)點，是理想的復合材料增強體。聚丙烯腈纖維作為最重要的前驅(qū)體，需經(jīng)過不熔化、碳化處理才能得到高性能碳纖維。不熔化處理一般在150-300℃進行，是一個復雜的化學和物理轉(zhuǎn)變過程，并伴隨著大量的熱量釋放。不熔化反應溫度高，分子鏈解取向嚴重。傳統(tǒng)的不熔化工藝通常采用緩慢加熱的方式來抑制熱量的集中釋放，消耗大量時間和能耗，碳纖維生產(chǎn)成本居高不下，抑制了在民用領域的應用。因此，對聚丙烯腈原絲進行相關的改

2、性處理，縮短不熔化時間和降低不熔化處理溫度成為亟待解決的問題。
　　針對此，本文探索了聚丙烯腈纖維經(jīng)過γ射線輻照處理后的不熔化碳化行為。利用γ射線輻照使聚丙烯腈分子鏈在室溫下發(fā)生化學反應，產(chǎn)生梯形結(jié)構(gòu)，抑制熱處理階段分子鏈的解取向，從而使不熔化纖維保留了分子鏈沿纖維軸向的高取向度。在不熔化階段施加較大的張力進一步提高取向，碳化處理后得到晶區(qū)取向度較高的碳纖維，提高力學性能。
　　(1)研究輻照對聚丙烯腈原絲結(jié)構(gòu)及性能的影響。

3、輻照改性后，纖維顏色加深，結(jié)合紅外光譜和元素分析，發(fā)現(xiàn)分子鏈形成了部分環(huán)化結(jié)構(gòu)和含氧官能團。XRD測試表明輻照誘發(fā)化學反應改變了微晶結(jié)構(gòu)。DSC和TG測試分析得知改性纖維的放熱峰有所提前且變得平緩，熱穩(wěn)定性變好，碳收率提高。改性后單絲斷裂伸長率提高了13％。
　　(2)研究輻照改性對不熔化處理的影響。分析不熔化纖維的力學行能、熱性能和元素含量等。拉伸強度測試得知改性后不熔化纖維的斷裂伸長率大大提高，改性后纖維所能承受的最大外加張力

4、增加，提高了50％，有利于在不熔化處理過程中施加較大張力，得到直徑更細的不熔化纖維，并最終制得高性能碳纖維。DSC測試得知原絲改性經(jīng)過不熔化處理后環(huán)化度提高。元素分析和體密度測試發(fā)現(xiàn)若要達到相同的不熔化狀態(tài)，輻照改性后的纖維熱處理時間縮短7min左右，不熔化處理時間縮短12％。
　　(3)研究輻照改性原絲對碳纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。力學性能測試發(fā)現(xiàn)改性后在相同的工藝條件下所得到的碳纖維，拉伸強度提高。最大拉伸強度從2.575GPa提