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188宝金博页面版: 聚丙烯腈_PAN_基预氧丝的炭化工艺研究

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内容提示: ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net〔 文章编号〕 1001 - 8948(2000)02 - 0001 - 05聚丙烯腈(PAN)基预氧丝的炭化工艺研究3李丽娅   黄启忠   张红波(中南工业大学粉末冶金国家重点实验室 ,长沙   410083)〔 摘要〕 利用正交实验 ,探索了 PAN 基预氧丝的炭化工艺条件 ,重点讨论了升温速度、 炉内气压和张力大小对最终获得的聚丙烯腈基炭纤维(PAN - CF)性能的影响。研究结果表明 ,采用适宜的炭化工艺条件在 1000 ℃炭化时 ,可制得拉伸强度为 2179GPa ,拉伸模量为 27818...

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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net〔 文章编号〕 1001 - 8948(2000)02 - 0001 - 05聚丙烯腈(PAN)基预氧丝的炭化工艺研究3李丽娅   黄启忠   张红波(中南工业大学粉末冶金国家重点实验室 ,长沙   410083)〔 摘要〕 利用正交实验 ,探索了 PAN 基预氧丝的炭化工艺条件 ,重点讨论了升温速度、 炉内气压和张力大小对最终获得的聚丙烯腈基炭纤维(PAN - CF)性能的影响。研究结果表明 ,采用适宜的炭化工艺条件在 1000 ℃炭化时 ,可制得拉伸强度为 2179GPa ,拉伸模量为 27818GPa 的 PAN - CF。〔 关键词〕 聚丙烯腈(PAN) ;炭化;拉伸强度( σ) ;拉伸模量(E) ;炭纤维(CF)〔 中图分类号〕   TQ342+742    〔 文献标识码〕   A1   前言炭纤维具有高强度、 高模量和低密度等优异性能 ,是制备先进复合材料最重要的增强材料。在过去的几十年内 ,聚丙烯腈丝被广泛用作制备炭纤维的原丝。1998 年底 ,世界炭纤维总产量为 29900 吨 ,其中 PAN - CF 为 27750 吨 ,占总产量 9218 %〔 1〕。PAN - CF 的制备主要由聚丙烯腈原丝制备、 预氧化、 炭化、 石墨化和后处理等五个主要工艺过程组成。PAN - CF 的性能在很大程度上由上述工艺过程所决定。国内外许多文献都对原丝制备〔 2〕、 预氧化〔 3〕和石墨化〔 4〕工艺进行了报道 , 而对炭化工艺〔 5 ,6〕的报道则较少;并且预氧丝在炭化过程中发生一系列的环化、 交联、 裂解、 缩合等化学反应 ,由此造成的结构转变既复杂又剧烈 ,产生大量挥发物和煤焦油 ,纤维将损失约 50 %的重量〔 7〕,如果各工艺参数控制不当 ,将会产生结构缺陷 ,降低最终炭纤维性能 ,而且许多炭/ 炭复合材料是直接加入预氧丝制成胚体 ,然后和基体同时炭化成为炭纤维 ,因此 ,研究和探讨影响预氧丝炭化过程中结构和性能的主要工艺因数 ,选择适宜的工艺条件来制备高性能的炭纤维不仅对 CF 的制备而且对 C/ C 复合材料的制备具有重要意义。本文通过正交试验 ,测定了 PAN 基预氧丝在炭化期间各工艺参数对最终 PAN - CF 的拉伸强度、 拉伸模量的影响 ,为 PAN - CF 的制备工艺研究提供了有价值的信息。2   实验211   材料实验用 PAN 原丝为上:铣上宋芯克 6KPAN 基预氧丝 ,其性能指标如下所示:直径1011 μm ,拉伸强度 33317MPa ,含水率 419 % ,炭化指数 0145。212   炭化设备真空炭化炉。设备主要技术参数如下:最大功率 45kW ,最高使用温度 1500 ℃,真空度小于 5Pa ,工作区域 ? 220 ×550mm。213   性能测试参照日本工业标准 JIS - R7601 - 1980 ,测定纤维单丝的拉伸强度和拉伸模量(如表 1 所示) 。所用仪器为 YG001 型单纤维电子强力仪 ,试样标距为25mm ,拉伸速度为 2mm/ min ,走纸速度为 60mm/min ,以 40 个单丝的统计平均值作为力学性能测试结果。214   实验方法截取一定长度的 PAN 基预氧丝 ,将其两端分别固定在炭化炉炉盖上 ,下面通过悬挂一定重量的石墨所做的砝码来施加张力 ,然后控制各工艺参数进行炭化实验。为了避免微量氧对炭纤维的氧化 ,在炭化前预先对炭化炉进行两次充高纯氩气 — 换气过程。3 国家重点工业性试验资助项目。〔 第一作者简介〕 李丽娅 ,女 ,25 岁 ,硕士研究生。〔 收稿日期〕 2000 - 01 - 03·1·20001 № 2李丽娅等   聚丙烯腈(PAN)基预氧丝的炭化工艺研究

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