PAN预氧纤维径向结构在石墨化过程中的继承和演变
石墨化后纤维的径向结构是实现PAN基石墨纤维高模高强化的重要影响因素之一，探究PAN预氧纤维径向结构在石墨化过程中的继承和演变，从而有效调控、优化石墨纤维径向结构分布特征对制备高性能石墨纤维具有重要的指导意义。 本论文在假设PAN预氧纤维径向结构差异是由氧元素引起的前提下，通过光密度测试，利用不同体积浓度氧气气氛下制备的径向结构均匀一的低纤度预氧纤维模拟大纤度预氧纤维径向不同区域，研究了PAN预氧纤维径向结构组成和分布。利用纤维类石墨结构在激光照射下发生的散射现象，建立了纤维径向结构拉曼测试法，找到了PAN预氧纤维径向结构和石墨纤维径向结构之间的关联性和传递性。通过对径向结构分布特征不同的预氧纤维进行碳化、石墨化处理，研究了PAN预氧纤维径向结构分布特征对石墨纤维影响，利用有效调控预氧纤维径向结构，为石墨化处理后制备高模高强石墨纤维提供了一种新方法。 结果表明:PAN基石墨纤维径向结构是在预氧纤维径向结构上继承发展而来;PAN预氧纤维由皮部区域到芯部区域-CH基团、-CH2基团、-C=N基团的含量在增加，-C=C-基团、-C=CH基团、-C=N基团、-C=O基团、-C-OH基团的含量在减少，导致石墨纤维皮部区域形成片层大且致密的完善石墨片层结构，晶粒边界无序结构和结构缺陷较少，且结构形态更趋于理想石墨晶体结构;预氧化终端温度升高，PAN预氧纤维中具有吸光效应的共轭结构含量相对增加，且皮部区域相对增加更多，径向结构差异程度加剧，预氧化终端温度高的预氧纤维在碳化、石墨化处理后石墨化程度较高，均匀规整程度较低，且皮部区域和芯部区域石墨化程、均匀规整程度差异随预氧化终端温度的升高而增大，即纤维径向结构差异程度存在继承性;PAN基石墨纤维的力学性能受其预氧纤维共轭结构和氧结构含量以及纤维径向结构差异程度共同影响，适当提升预氧化温度使纤维皮部区域共轭结构增多，碳化、石墨化处理后纤维石墨化程度升高，有利于石墨纤维力学性能提高，本论文实验条件下预氧化终端温度由255℃提高到270℃时，2300℃处理后石墨纤纤维拉伸强度由3.68GPa提高到3.96GPa、拉伸模量由319GPa提高到336GPa，但过高的预氧化温度，如提高预氧化终端温度至290℃，不仅使纤维中含氧结构增多，还使石墨纤维径向结构差异程度过大，导致石墨纤维的结构致密性下降，皮部区域与芯部区域之间产生剪切应力，使纤维承载能力下降，力学性能受损。
聚丙烯腈预氧纤维;径向结构;分布特征;石墨化过程
北京化工大学
硕士
材料工程
徐樑华;沈伟
2020
中文
TQ342.31
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）