XRD研究沸水热处理对PAN原丝结构与性能的影响

朱波¹，于美杰¹，王延相¹，王启芬²，王成国¹

(1.山东大学,材料科学与工程学院,碳纤维工程技术研究中心,山东,济南,250061;
2.山东大学,材料科学与工程学院材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室,山东,济南,250061)

摘要:采用X射线衍射分析(XRD)研究了沸水热处理前后3种不同PAN原丝的凝聚态结构,并比较了它们体密度、强度、断裂伸长率等性能的变化.发现经过沸水热处理后,3种原丝的非晶散射峰所占比例均增加,结晶度降低.由于沸水热处理所采用的温度(100℃)略高于PAN原丝的玻璃化转变温度(95.78℃),在此温度下只有非晶区的分子链段可以运动,所以X射线衍射曲线的变化是由非晶区取向结构的变化引起的.该结果表明,原丝内部由微晶区、取向非晶区和无规非晶区组成;除了晶区结构外,非晶区中的有序结构对X射线衍射峰同样有一定贡献.经过沸水热处理后,由于微晶边缘有序程度下降,导致微晶的平均尺寸也略有减小.沸水热处理使PAN原丝中伸直的分子链段变为蜷曲构象,增加了链段所占据的自由体积,因此处理后原丝的体密度减小;热处理后原丝非晶区有序程度降低,导致其取向度降低,强度降低,断裂伸长率增加.

关键词:聚丙烯腈原丝; 沸水热处理; 微观结构;

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