PAN碳纖維講解

1、PAN碳纖維講解聚丙烯腈（PAN）碳纖維黃洛瑋1103860621摘要：聚丙烯晴基碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，具有高強度、高模量、低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小、減震等優(yōu)異性能，是航空航天、國防軍事工業(yè)不可缺少的工程材料，同時在體育用品、交通運輸、醫(yī)療器械和土木建筑等民用領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。本文簡要介紹了其結(jié)構(gòu)，制備方法，性能，應(yīng)用領(lǐng)域及其前景。關(guān)鍵詞：PAN基碳纖維碳纖維結(jié)構(gòu) PAN基碳纖維制備 PAN基碳纖維性能 PAN基碳纖維應(yīng)用前景1.概述碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它不僅具有碳材料的固有特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。聚丙烯碳

2、纖維是一種以聚丙烯腈(PAN)、瀝青、粘膠纖維等為原料，經(jīng)預(yù)氧化、碳化、石墨化工藝而制得的含碳量大于90的特種纖維。碳纖維具有高強度、高模量、低密度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小、減震等優(yōu)異性能，是航空航天、國防軍事工業(yè)不可缺少的工程材料，同時在體育用品、交通運輸、醫(yī)療器械和土木建筑等民用領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。PAN基碳纖維生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品綜合性能好，因而發(fā)展很快，產(chǎn)量占到90以上，成為最主要的品種。2.PAN碳纖維結(jié)構(gòu)碳纖維屬于聚合的碳，它是由有機物經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)化為三維碳化合物，碳化歷程不同，形成的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)也不同。碳纖維和石墨纖維在強度和彈性模量上有很大差別，這主要是由于其

3、結(jié)構(gòu)不同，碳纖維是由小的亂層石墨晶體所組成的多晶體，含碳量約75%95%；石墨纖維的結(jié)構(gòu)與石墨相似，含碳量可達(dá)98%99%，雜志少。碳纖維的含碳量與制造纖維過程中碳化和石墨化過程有關(guān)。PAN選用的原因：1、PAN結(jié)構(gòu)式:這是迄今發(fā)展高性能碳纖維最受人矚目先驅(qū)體2、選用PAN原因：a、PAN纖維分子易于沿纖維軸取向；b、碳化收率（10001500）為50%55%;c、在脫除碳以外的雜原子時其骨架結(jié)構(gòu)很少破壞;d、在180附近存在塑性，便于紡絲后的改性處理和經(jīng)受高溫碳化處理。PAN碳纖維原絲微觀圖：【1】PAN碳纖維原絲截面圖【2】PAN纖維截面SEM照【3】PAN碳纖維表面結(jié)構(gòu)3.聚丙烯腈碳纖維

4、的制備1975年，F(xiàn)itzer等人進(jìn)行了一系列的實驗，用穩(wěn)定與差分熱分析（DTA）和空氣/氮氣環(huán)境的控制。他們的研究結(jié)果表明，脫氫反應(yīng)可以之前或之后發(fā)生環(huán)化反應(yīng)。但是，即使在剛剛提到的研究結(jié)果，脫氫是在一個相對緩慢的過程穩(wěn)定，并且它傾向于發(fā)生在已環(huán)化鏈條。通過研究比較DSC和FTIR的結(jié)果，劉等人發(fā)現(xiàn)，發(fā)生脫氫接近同時與氧化55。在一項研究中發(fā)現(xiàn)的活化能和各個反應(yīng)的頻率因子，纖維被穩(wěn)定化，在惰性大氣，其中獨立地將發(fā)生環(huán)化反應(yīng)相對短暫而劇烈的方式。這些環(huán)化纖維恢復(fù)穩(wěn)定，在空氣它被發(fā)現(xiàn)的氧化和脫氫要求顯著低活化能并且將發(fā)生在一段更廣泛的長度相對于反應(yīng)環(huán)化。這些結(jié)果表明（至少為?9.5-11微米直徑

5、的均聚物聚丙烯腈原絲用）的脫氫是限制因素，當(dāng)試圖充分穩(wěn)定纖維的結(jié)構(gòu)。環(huán)化作用是穩(wěn)定期間的最重要的反應(yīng)。它發(fā)生時，腈鍵（CN）反應(yīng)形成雙鍵，和稠合的吡啶形成環(huán)鏈結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前者腈鍵更熱穩(wěn)定的。不同于脫氫環(huán)化反應(yīng)不需要氧的存在下發(fā)生，因此它可以發(fā)生在惰性氣氛中。此特征被廣泛地用于分離環(huán)化從熱分析的其他穩(wěn)定的反應(yīng)。此外，這是的結(jié)果環(huán)化反應(yīng)是一種能量依賴的反應(yīng)，而不是質(zhì)量依賴性;因此，反應(yīng)是在受控溫度和時間參數(shù)，以確保能量（熱）擴散到聚合物中。的PAN系前體的分子結(jié)構(gòu)，因為它經(jīng)歷了上述反應(yīng)可以在下面進(jìn)行總結(jié)。環(huán)化就是穩(wěn)定的纖維從白色變色發(fā)黃的原因褐色至黑色57-59。一個舊的和快速的測試，看看是否纖維已經(jīng)徹底穩(wěn)定是把他們下一個火