拉伸工藝對碳纖維原絲結構性能的影響.pdf

1、近幾年，我國高性能碳纖維生產(chǎn)遇到技術瓶頸，主要限制因素是原絲質量不過關。拉伸是降低纖維纖度、提高取向度和強度的重要手段；特別是飽和蒸汽拉伸，能實現(xiàn)纖維高倍取向牽伸，適用于高強、高取向原絲的制備。因此，本文以用途最廣、前途最好的聚丙烯腈(PAN)基碳纖維為研究對象，運用改進版的拉伸裝置，實施飽和蒸汽條件下的纖維拉伸實驗，分析和探討飽和蒸汽拉伸工藝對碳纖維原絲結構性能的影響，為高性能碳纖維研發(fā)和生產(chǎn)提供一定的技術指導和理論參考。
　　

2、對自制的PAN原絲實施不同工藝的熱濕拉伸，并采用纖維纖度儀、纖維強伸度儀、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、光學顯微鏡等儀器表征不同拉伸后碳纖維原絲結構和性能，結果表明：在80℃熱水拉伸條件下，拉伸倍數(shù)增加，原絲纖度和斷裂伸長率減小，強度、模量和取向度都增大，但是過度拉伸會破壞原絲的結構，本實驗中熱水拉伸倍數(shù)不超過2.10；沸水拉伸的效果比熱水拉伸的效果更好，而且也存在極限拉伸倍數(shù)，在本實驗中沸水最大拉伸倍數(shù)為2.15。干熱拉伸條件下，增加

3、溫度和提高拉伸倍數(shù)，都能增大原絲強度，且提高拉伸倍數(shù)的方式作用效果較好；干熱拉伸時要增強原絲的強度，須同時提高拉伸溫度和拉伸倍數(shù)，且干熱拉伸溫度控制在175℃比較合理。合理搭配各級拉伸倍數(shù)，能夠制得拉伸性能較好的原絲，并非總拉伸倍數(shù)越高越好。
　　為實現(xiàn)有效、可靠的碳纖維飽合蒸汽拉伸實驗，課題組對現(xiàn)有飽和蒸汽拉伸裝置進行部分改進，完善了飽和蒸汽拉伸裝置保溫性和密封性(保壓性)，優(yōu)化設計出“翻蓋”式的拉伸部件，解決實驗穿絲不便的難題

4、，實現(xiàn)精確溫濕度控制。
　　采用改進后的飽和蒸汽拉伸裝置，對碳纖維原絲進行飽和蒸汽拉伸實驗，并對拉伸后纖維進行相關的結構和性能表征，經(jīng)實驗結果對比分析得出：飽和蒸汽拉伸過程中，在原絲能承受的溫度壓力范圍內(nèi)，同時增加預熱段和加熱段的溫度壓力，原絲的實際拉伸倍數(shù)增加，拉伸后原絲性能增強。在同一飽和蒸汽拉伸工藝中，飽和蒸汽拉伸溫度、壓力和拉伸倍數(shù)應該匹配，較高拉伸倍數(shù)對應較高拉伸溫度、壓力，但拉伸倍數(shù)和拉伸溫度都有上限，實驗過程中應把工