中间相沥青纺丝条件对结构影响及沥青纤维不熔化研究

摘要

中间相沥青碳纤维因其具有高强度、超高模量、高导热、低热膨胀系数等一系列优异性能作为战略物资被广泛研究。中间相沥青成分复杂，很难找到溶剂使其完全溶解，进行湿法纺丝，所以中间相沥青都是通过熔融纺丝得到中间相沥青纤维。中间相沥青由于其相对分子量较低，通常在500-3000左右，所以由中间相沥青纺丝得到的沥青纤维在其特性上与其他高分子纤维具有很大差别，因此不能套用高分子纤维方面的一些经验或者理论来指导中间相沥青碳纤维的研究。
　　制得高性能沥青碳纤维需要纤维直径尽量细，卷绕收丝时可通过增大牵伸比来获得直径较小的沥青纤维。虽然牵伸比的增大可以减小沥青纤维的直径，同时牵伸比也有助于纤维中分子的取向排列，但是，沥青纤维的取向度却不一定是随着牵伸比的增大而增大。本文通过在喷丝板下增加缓冷装置研究沥青被挤出喷丝板后的牵伸对取向的影响，另外本文还研究了中间相沥青纤维预氧化行为，证明氧化过程中结构的改变。研究发现：缓冷温度低于软化点220℃时，随着缓冷温度的提升有助于沥青纤维取向度的提高，在牵伸比为30.45、57.74、71.04时，取向度分别提高了0.34％、0.85%、0.13%；当缓冷温度为220℃时，沥青纤维取向度随着牵伸比的增加呈现出先减小后增大的趋势；当缓冷温度为240℃时，随着牵伸比从30.35增大到71.04，纤维的取向度从84.58%增大到85.59%；缓冷温度和牵伸比对于沥青纤维微晶厚度的影响与对取向度的影响一致，微晶厚度与取向度成正相关关系；由于X射线入射波长的关系，对于测试沥青分子层间距而言精度不够，因此不能观测到分子层间距随着取向度以及微晶厚度的变化所具有的规律。
　　通过研究不同预氧化温度下的沥青纤维表面官能团的变化和沥青纤维在空气气氛以及氮气气氛中的应力应变曲线可以发现：中间相沥青在200℃以下氧化反应不明显；250℃以下氧化反应程度依旧不够，直到260-280℃可以观测到明显的交联、环化引起的力学性能的变化。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 沥青基碳纤维国内外发展概况

1.3 中间相沥青基碳纤维的结构与性能

1.4 中间相沥青碳纤维的制备

1.5 本文选题的背景和目的

1.6 本文的研究内容

第二章 原料及实验

2.1 实验原料和纺丝设备

2.2 实验与测试表征

第三章 中间相沥青及沥青纤维的表征

3.1 引言

3.2 实验原料表征

3.3 中间相沥青纤维直径

3.4 缓冷温度和牵伸比对沥青纤维取向度的影响

3.5 缓冷温度和牵伸比对微晶厚度的影响

3.6 本章小结

第四章 中间相沥青纤维的预氧化行为

4.1 引言

4.2 官能团分析

4.3 动态热机械分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢