聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(CF)在航空航天、国防军工等领域扮演着愈来愈重要的角色。提高CF性能的研究主要集中在合成高规整度PAN及改进其纺丝工艺上,而PAN原丝的预氧化和炭化过程同样是制备高性能CF的关键环节。近年来,通过外加物理场对PAN原丝预氧化与炭化过程进行调控受到研究者的关注,成为CF高性能化的又一重要途径。本项目拟通过在PAN原丝的预氧化和炭化过程中引入磁场(恒定和交变),促进分子链及基团取向,增加交联反应、提高结晶取向度以及降低CF表面缺陷,从而提高CF拉伸强度,系统研究外加磁场的在线添加方式、作用参数等对PAN原丝预氧化和炭化过程中基团结构、取向度、纤维密度、微观形貌、表面缺陷、孔隙率和综合力学性能的影响及规律,分析总结其形成机理,建立磁场条件下PAN原丝预氧化和炭化新工艺,为高性能CF的制备提供可借鉴的新方法和新途径。
strong magnetic field;PAN;carbon fiber;orientation;
本研究主要针对目前国产PAN基碳纤维性能不佳的情况展开研究,采用不同强磁场条件对PAN原丝纤维、PAN预氧化纤维分别进行了处理,并将其分别制备为碳纤维。研究发现,强磁场能够有效提高PAN原丝纤维和PAN预氧化纤维取向结构,改善其微观结构,从而提高碳纤维的性能。