液态丙烯腈低聚物修复聚丙烯腈基碳纤维微孔缺陷.pdf

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1、物理化学学~(WuliHuaxueXuebao)AprilActaehys．一Chim．Sin．2014，30(4)，753-760753[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201401241、nVⅥ，．whxb．pku．edu．cn液态丙烯腈低聚物修复聚丙烯腈基碳纤维微孔缺陷柴晓燕1,2朱才镇何传新张广照’刘剑洪'‘f‘华南理工大学材料科学与工程学院，广州510641；深圳大学化学与化工学院，深圳市功能高分子重点实验室，广东深圳518060)摘要：提出一种全新的缺陷修复的方法，即将聚

2、丙烯腈基(PAN)碳纤维T300在液态丙烯腈低聚物(LAN)中浸渍后，再进行预氧化和碳化热处理，可以将T300的拉伸强度提高25％．应用二维小角X射线散射(SAXS)法可以计算出LAN修复缺陷前后T300微孔缺陷的长度(￡-)、横截面尺寸(／p)、取向角(B自)、相对体积(。·)的变化，结果表明碳纤维的拉伸性能越好，微孔的长度、取向角、相对体积含量越小．T300拉伸性能的提高是由于缺陷修复的结果．应用BET比表面积法、扫描电子显微镜(SEM)表征LAN修复缺陷前后T300的比表面积以及表面形貌的变化，结果表

3、明，T300在LAN中浸渍并经过预氧化和碳化热处理，比表面积变小，表面缺陷明显减少．进一步验证LAN对碳纤维中的微孔缺陷具有修复作用．应用X射线光电子能谱(XPS)法表征LAN修复前后T300表面化学成分的变化，结果表明，LAN修复后含氧官能团(C—OH，C=O，HO-C=O)显著增加，有利于增强碳纤维与树脂基体之间的相互作用，从而提高碳纤维的力学性能．关键词：碳纤维：微孔缺陷：修复：液态丙烯腈低聚物：小角X射线散射中图分类号：O641：O5711418：TQ342ModificationofMicrovo

4、idDefectsinPolyacrylonitrile-·BasedCarbonFibersbyaLiquidOligomerofAcrylonitrileCHAIXiao-Yan’·ZHUCai-ZhenHEChuan-XinZHANGGuang—Zhao’LIUJian—Hongr(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510641，PR．China；ShenzhenKeyLab

5、oratoryofFunctionalPolymer,CollegeofChemistryandChemicalEngineering,ShenzhenUniversity,Shenzhen518060,GuangdongProvince,PR．China)Abstract：Thestrengthofindustrialcarbonfibers(CFs1isfarlowerthantheirtheoreticalstrengthbecauseofdefectsinthemicrostructureofcar

6、bonfibersandthesearethemainrestrictionsinimprovingtheirperformance．ThemostefectivewaytoimprovethestrengthofCFsistoreducetheamountofthesedefects．WethusreportanovelmethodusingaIiquidoligomerofacrylonitrile(LAN)tomodifythedefects．Briefly。Polyacrylonitrile(PAN

7、)-basedCFsT300wereinfusedintoLAN，andsubsequentlyoxidizedinairandcarbonizedinnitrogen．Theirtensilestrengthincreasedby25％．Two．dimensionalsmallangleX—raysca~eringfSAXS)wasusedtocharacterizethevariationjnIengthofthemicrovoids(￡-)，thechordIengthofcrosssection／p

8、，theorientationangle(Beq)，andtherelativevolume(V,o1)．Theresultsshowthatthelength，orientation．angleandrelativevolumeofthemicrovoidsweremuchlowerandthetensilepropertyimproved．Theimprovementinthetensilepropertyc