热处理对PAN基炭纤维微观结构和力学性能的影响

摘要

在1000～1800℃温度范围内热处理PAN基炭纤维,采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、单纤维拉伸等测试手段对炭纤维的微观结构和力学性能进行表征.结果表明:随热处理温度升高,炭纤维中的氮元素含量不断下降,炭纤维的表面粗糙度先减小后增大.石墨微晶由乱层结构逐渐转变为三维有序结构,相邻石墨微晶的合并导致石墨微晶的连续性明显提高.炭纤维表皮区域的微观结构和缺陷控制着炭纤维裂纹的萌生和扩展.由于石墨微晶之间交联作用的改善,1200℃和1400℃处理后,炭纤维的拉伸强度分别为4.68 GPa和4.59 GPa,高于原始炭纤维的拉伸强度.炭纤维的拉伸强度主要受炭纤维表皮区域缺陷数量,石墨微晶之间的交联作用和相界面残余应力的影响.