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聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性

刘杰 禹化果 薛岩 梁节英

刘杰, 禹化果, 薛岩, 等. 聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性[J]. 复合材料学报, 2014, 31(1): 66-72.
引用本文: 刘杰, 禹化果, 薛岩, 等. 聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性[J]. 复合材料学报, 2014, 31(1): 66-72.
LIU Jie, YU Huaguo, XUE Yan, et al. Relationship between the thermal stress of polyacrylonitrile fibers and the structure and properties of resulting carbon fibers[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2014, 31(1): 66-72.
Citation: LIU Jie, YU Huaguo, XUE Yan, et al. Relationship between the thermal stress of polyacrylonitrile fibers and the structure and properties of resulting carbon fibers[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2014, 31(1): 66-72.

聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性

基金项目: 国家自然科学基金(51073011);国家“863”计划(2006AA06Z382)
详细信息
    通讯作者:

    刘杰,教授,博士生导师,研究方向为高性能碳纤维工程开发、基础理论与应用。E-mail:liuj@mail.buct.edu.cn

  • 中图分类号: TB332

Relationship between the thermal stress of polyacrylonitrile fibers and the structure and properties of resulting carbon fibers

  • 摘要: 针对二元共聚聚丙烯腈(PAN)纤维的热应力和聚集态结构特点,借用差示扫描量热(DSC)分析、广角X射线衍射(WAXD)、红外光谱(FTIR)等表征手段研究了预处理阶段(180 ℃)纤维热应力变化与最终碳纤维结构及性能的关联性。实验结果表明:对于取向度较高,但热应力较大的二元共聚PAN纤维,在180 ℃进行适当的应力松弛处理有利于最终碳纤维力学性能的提高。进一步的分析表明,随着预处理阶段纤维热应力的降低,PAN纤维内部准晶区的取向度逐渐下降,而纤维的环化反应活化能明显降低,相对环化率逐渐增大,相应碳纤维中类石墨晶体的层间距呈现先减小后增大的趋势,类石墨晶体的堆叠厚度则是先增大后减小;与之对应的碳纤维的拉伸强度以及拉伸模量也呈现出先增大后减小的趋势。综合研究结果表明:对二元共聚PAN纤维进行适当的热应力松弛处理可有效改善最终的碳纤维结构参数,提高其力学性能。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-02-26
  • 修回日期:  2013-08-07
  • 刊出日期:  2014-02-15

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