凹凸棒土改性聚丙烯腈原丝的制备及其结构与性能的研究

论文摘要

碳纤维是在20世纪60年代迅速发展起来的高科技的新型纤维材料。聚丙烯腈（PAN）原丝能制得高性能的碳纤维,其生产工艺较其它方法简单,产品的力学性能良好,因而已成为生产碳纤维的主要原丝。PAN原丝的结构和性能直接影响到最终的碳纤维的质量。本论文通过凹凸棒土（AT）改性PAN原丝,以提高PAN原丝的力学性能。主要开展了以下几个方面的研究工作:1.溶液共混法制备了PAN/AT复合材料。扫描电镜（SEM）观察表明,AT能较好地分散在PAN基体中;动态力学分析（DMA）结果表明,AT粒子的加入使PAN的储能模量和损耗模量均有不同程度的提高;力学性能的测试表明,AT的添加,提高了PAN/AT复合材料的拉伸强度。2.采用溶液共混法制备了PAN/AT的纺丝溶液,通过湿法纺丝制备了PAN原丝,研究了AT的加入对纺丝溶液的流变性的影响,讨论了温度、AT含量对纺丝溶液流变行为的影响。结果表明,随着AT含量的提高,纺丝溶液的表观粘度和结构粘度指数降低、非牛顿指数和粘流活化能提高;动态流变实验同样表明一定含量AT的加入使得纺丝液的粘度降低。热失重分析（TGA）测试表明AT的加入对PAN原丝的热分解性能没有影响;声速取向测试表明,AT的加入一定程度上提高了PAN原丝的取向度;X-衍射分析（XRD）测试显示随着AT含量的提高,PAN原丝结晶度有了很大的提高,而晶粒尺寸减小;力学性能测试表明,与未改性的PAN原丝相比,经过AT改性的PAN原丝的拉伸强度有明显的提高,并且在AT含量为1%时拉伸强度达到极大值。3.通过对原丝的预氧化和碳化,AT的添加并不影响预氧化、碳化的工艺条件,并提高了预氧丝、碳丝的拉伸强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 生产过程中影响制备高力学性能的PAN原丝的因素分析
• 1.2.1 聚合物分子量的影响
• 1.2.2 聚合组分的影响
• 1.2.3 纤维成型的纺丝方法
• 1.2.4 纺丝原液凝固成型时的凝固过程
• 1.2.5 拉伸
• 1.2.6 原丝浸渍改性处理
• 1.3 纳米无机粒子改性PAN原丝
• 1.3.1 炭黑改性PAN原丝
• 1.3.2 蒙脱土改性PAN原丝
• 1.3.3 碳纳米管改性PAN原丝
• 1.3.4 纳米二氧化硅改性PAN原丝
• 1.4 AT简介
• 1.5 本论文选题及内容
• 参考文献
• 第二章 RAN/AT复合材料的制备及其结构与性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料及试剂
• 2.2.2 AT改性PAN复合材料的制备
• 2.2.3 测试仪器及测试条件
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 RAN/AT复合材料的形态分析
• 2.3.2 RAN/AT复合材料的动态力学性能分析
• 2.3.3 AT对PAN复合材料力学性能的影响
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 AT改性PAN原丝的纺制及其结构与性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料及试剂
• 3.2.2 AT改性PAN原丝的纺制
• 3.2.3 测试仪器及测试条件
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PAN/AT共混纺丝溶液的流变性能
• 3.3.2 改性原丝的形态分析
• 3.3.3 改性原丝的TGA分析
• 3.3.4 改性原丝的XRD分析
• 3.3.5 改性原丝的声速取向分析
• 3.3.6 改性原丝的力学性能
• 3.3.7 AT对PAN作用的结构模型
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 AT改性PAN原丝的预氧化和碳化
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 纤维的预氧化和碳化
• 4.2.2 测试仪器及测试条件
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 形态分析
• 4.3.2 TGA分析
• 4.4.3 力学性能分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 结论
• 硕士研究生在学期间发表学术论文目录
• 致谢