熔融纺丝过程优化制备细直径碳化硅纤维及其对力学性能的影响

摘要

强度、模量和柔顺性作为碳化硅(SiC)纤维重要的力学性能受到纤维直径大小的影响,而制备工艺中的熔融纺丝过程对纤维直径起决定作用.本工作研究了纺丝温度、纺丝压力和卷绕速度对聚碳硅烷(Polycarbosilane,PCS)原纤维直径的影响,分析了纺丝过程中纤维断裂的原因,并初步探究了SiC纤维直径与力学性能的关系.结果表明,在一定范围内降低纺丝温度、降低纺丝压力和提高卷绕速度均能显著减小原纤维的直径.在连续纺丝的前提下,最优纺丝工艺下得到的PCS原纤维直径为13.5μm.随着PCS纤维直径由18.3μm减小至13.5μm,SiC纤维直径则由13.8μm减小至9.5μm,而SiC纤维的强度与模量分别由1.7、181 GPa提高至2.9、233 GPa,强度分布更为集中,柔顺性得到显著提高.