碳化过程中改性聚丙烯腈预氧化纤维的高温热应力应变研究

刘扬¹，刘杰¹

(1.北京化工大学,国家碳纤维工程技术中心,北京,100029)

摘要:采用对比方法研究了高锰酸钾改性与未改性聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维在碳化过程中的高温热应力应变行为.表征了过程纤维的基本物化性质,并用SEM,WAXD,EA等对其结构进行了研究.研究结果表明,改性纤维的热应力应变变化可分为370,500,900℃前后4个区域.与未改性纤维相比,改性纤维的应力在370℃以下增长较快;370～500℃快速下降;500～900℃则迅速增高,同时比未改性PAN纤维应力增加20%以上;900℃以上应力基本保持稳定.大负荷下改性纤维易伸长,小负荷下易收缩,与未改性纤维的差别随负荷减少而减小,500℃以上,两种纤维应变速率变化趋势相近.热应力和热应变是纤维在碳化过程中聚集态结构、化学组成、热化学反应能力的综合体现.与热应变相比,热应力的变化趋势更显著,因而可采用控制碳化过程中纤维热应力的变化控制连续制备中纤维结构的变化.经KMnO4改性PAN纤维制取碳纤维的抗张强度比未改性纤维增加了约20%.

关键词:碳纤维; 预氧化纤维; 聚丙烯腈; 化学改性; 碳化; 热应力和热应变;

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