煤瀝青基碳纖維的制備與表征.pdf

1、碳纖維是一種力學性能優(yōu)越的特種纖維，廣泛應用于國防、航空航天、醫(yī)用、工業(yè)、體育等眾多領域。瀝青基碳纖維可由瀝青經(jīng)萃取、縮聚、紡絲、氧化、碳化而制得，因其原料廣泛、成本相對低廉而具有廣闊前景。
　　 本文以煤瀝青的喹啉萃取物為原料，用三氟化硼乙醚(BFDE)為主催化劑、硝基苯(NB)為輔催化劑，通過縮聚反應先制得瀝青前驅體。與原料相比，瀝青前驅體的芳香度和軟化點均得以提高，并且具有優(yōu)良的紡絲性能。隨后，瀝青前驅體經(jīng)熔融紡絲、高溫碳

2、化后制得碳纖維。元素分析表明，煤瀝青的喹啉萃取物經(jīng)縮聚反應、高溫碳化后，碳含量由76.45％提高至96.56％。流變性能分析表明原料煤瀝青經(jīng)縮聚反應后分子尺寸變大，且大都為稠合芳烴，粘流活化能增大2.5倍。瀝青前驅體最佳紡絲溫域為140℃～150℃，在此溫度范圍內(nèi)，瀝青前驅體的粘度能穩(wěn)定地保持在100Pa·s。TG-DSC表明，碳化過程主要發(fā)生裂解反應、芳構化反應及碳鏈重整，前驅體在1000℃下碳化后能得到拉伸強度為4140Mpa的碳纖

3、維。SEM表明，碳纖維的直徑為10微米、表面平滑無缺陷、內(nèi)部致密性高且表面和斷面邊緣沒有明顯的應力集中點，在結構上保證了優(yōu)良的力學性能，此外碳纖維還具有優(yōu)良的卷曲性能。TEM表明，碳纖維幾乎由純碳構成，碳層片的總體取向無序，但晶格條紋局部取向有序。XRD表明碳纖維的結晶性不佳。FT-IR表明，瀝青前驅體經(jīng)過碳化后，前驅體分子結構中聯(lián)接苯環(huán)起橋梁作用的亞甲基發(fā)生斷裂并脫離苯環(huán)體系，基體中的網(wǎng)狀交聯(lián)結構被破壞，苯環(huán)相互間逐漸靠攏，形成了更多