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碳纖維(Carbon Fiber簡稱CF)是一種具有高強度,高模量,耐高溫,耐腐蝕等一系列優(yōu)異性能的新型材料。作為先進復合材料的增強纖維,其已被廣泛地應用在各個領域。碳纖維可以用粘膠、PAN以及瀝青等有機纖維在高溫下碳化而成,隨著科技的快速發(fā)展,聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)基碳纖維已成為了當前碳纖維工業(yè)中的主流。目前,國內外學者一致認為PAN原絲的質量是高性能PAN基碳纖維的關鍵所在。高性能的PAN基碳纖維,其原絲必須具備高強、高純、高致密性和均勻的纖維結構等性能。凹凸棒土(Attapulgite,AT)作為一種具有特殊層鏈狀結構的天然納米無機物,將其應用于聚合物改性方面也已經(jīng)取得一定的成果。研究結果表明AT不僅可以提高聚合物的結晶性能、流變性能及熱性能等,而且可以提高纖維的力學性能。本論文利用AT對PAN進行改性,主要開展了以下三個方面的研究工作:1.利用機械共混的方法制得以二甲基亞砜為溶劑的聚丙烯腈/凹凸棒土(DMSO/PAN/AT)納米復合紡絲原液。用哈克(Haake RheoStress150L)平板-錐板流變儀進行流變試驗。從穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩個角度分析聚丙烯腈/凹凸棒土(DMSO/PAN/AT)納米復合紡絲原液的溶液流變特性。結果表明:凹凸棒土的添加將明顯影響紡絲原液體系的流變性能,在一定添加量范圍內,在聚丙烯腈紡絲液中添加凹凸棒土的能夠增加紡絲原液的流動性能,說明一定含量的AT有利于紡絲的進行并提高紡絲效率和紡絲質量。2.制備PAN/AT納米雜化材料,通過FTIR和DMA進行表征,研究發(fā)現(xiàn):凹凸棒土與聚丙烯腈分子之間存在氫鍵作用,在一定范圍內AT分散性較好,且由于相互間作用力,AT能夠限制分子鏈段的運動,并形成網(wǎng)絡結構;AT添加量過多時,AT分散均勻性下降,其在聚合物基體中對分子鏈運動限制變得有限,同時增塑作用明顯,有利于分子鏈段的運動。3.紡制PAN/AT納米雜化纖維,對其力學性能進行測試,并通過XRD,TGA,SEM對纖維進行表征,結果表明:適量的AT含量,有利于提高纖維的力學性能,提高纖維的熱性能,得到較大的結晶度和較小的晶粒尺寸,同時得到比較完善的纖維微觀結構。

    關鍵詞：
    碳纖維原絲 聚丙烯腈 凹凸棒土 聚合物改性 力學性能 微觀結構
    作者：
    莫迪
    學位授予單位：
    東華大學
    授予學位：
    碩士
    學科專業(yè)：
    材料學
    導師姓名：
    陳大俊
    學位年度：
    2009
    語種：
    中文
    分類號：
    TQ342.742
    在線出版日期：
    2013年10月08日