PAN预氧纤维皮芯结构对碳纤维结构的影响

发布时间：2021-10-19 10:59

　　PAN纤维在预氧化进程中由于受热机制和环境氧扩散动力学的影响,呈现一种特有的径向结构。这类径向上的差别会致使碳化过程当中的裂解重组在径向上也存在差别,使经过碳化后得到的碳纤维存在一定的径向分布差异即碳纤维的皮芯结构。优化预氧结构径向分布,构建预氧结构与碳纤维结构的联系,对制备高性能的碳纤维具备指导意义。本文采用光密度法,拉曼光谱,核磁,热失重分析等不同研究手段,通过温度控制预氧化反应速率,制得含有不同径向结构的预氧纤维,采用超细纤维的过程模拟,用模型纤维结构来合理描述预氧纤维径向不同区域的结构特征,并以此进一步探究预氧化纤维径向结构在高温处理过程中的演变特征,构建预氧结构与碳纤维结构的关系。研究结果表明:1.PAN纤维的预氧化反应会导致纤维存在传统的皮芯结构,其中皮部为相对高反应区域,芯部为相对低反应区域。根据预氧化的反应进程,可以将预氧化过程分为早期、中期和末期三个阶段。与常规的预氧化反应速率相比,整体提高PAN纤维的预氧化反应速率,脱氢指数Gh由65.3%增加到78%,环化指数RCI由55.3%增加到56.7%。不仅提高纤维的整体预氧化反应程度,也可促进相对高反应区域向纤维更深区域... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 PAN基碳纤维
        1.1.1 PAN基碳纤维概述
        1.1.2 PAN基碳纤维应用领域
        1.1.3 PAN基碳纤维的结构特征
    1.2 碳纤维制备过程
        1.2.1 PAN原丝纤维制备流程
        1.2.2 PAN预氧纤维的制备
        1.2.3 PAN基碳纤维的制备
    1.3 PAN纤维预氧化进程中的结构演变
        1.3.1 预氧化进程的主要反应
        1.3.2 预氧化进程中的温度效应
        1.3.3 预氧纤维的皮芯结构
    1.4 预氧纤维结构对碳化过程的影响
        1.4.1 预氧结构在碳化阶段的化学反应
        1.4.2 预氧纤维结构对碳化过程的影响
    1.5 本论文研究意义及内容
第二章 实验部分
    2.1 实验原料
    2.2 实验方案
        2.2.1 预氧纤维制备
        2.2.2 碳纤维制备
    2.3 表征方法
        2.3.1 固体核磁
        2.3.2 热失重分析
        2.3.3 光学显微镜
        2.3.4 差示扫描量热
        2.3.5 拉曼光谱
        2.3.6 X射线光电子能谱仪
        2.3.7 力学性能测试
第三章 结果与讨论
    3.1 PAN纤维预氧结构及其径向分布调控
        3.1.1 PAN纤维预氧化反应速率对结构及其分布的影响
        3.1.2 中期反应速率对PAN纤维预氧径向结构的影响
        3.1.3 初期反应速率对PAN纤维预氧径向结构的影响
        3.1.4 小结
    3.2 PAN预氧纤维径向化学结构特征
        3.2.1 环境氧对PAN纤维预氧化反应的影响
        3.2.2 环境氧对PAN纤维结构的影响
        3.2.3 PAN预氧纤维径向结构分析
        3.2.4 小结
    3.3 预氧纤维径向结构分布与碳纤维结构性能关联性探究
        3.3.1 PAN预氧纤维径向结构的高温演变
        3.3.2 PAN纤维预氧行为对其碳纤维结构的影响
        3.3.3 PAN纤维预氧结构径向分布对其碳纤维性能的影响
        3.3.4 小结
第四章 结论
参考文献
致谢
科研成果及发表的学术论文
作者简介
导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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[9]PAN纤维低温碳化过程结构演变规律研究[D]. 张琨.北京化工大学 2013
[10]PAN纤维聚集态结构与预氧化进程的相关性研究[D]. 袁俊崧.北京化工大学 2013



本文编号：3444743