碳纤维(Carbon Fiber简称CF)是一种具有高强度,高模量,耐高温,耐腐蚀等一系列优异性能的新型材料。作为先进复合材料的增强纤维,其已被广泛地应用在各个领域。碳纤维可以用粘胶、PAN以及沥青等有机纤维在高温下碳化而成,随着科技的快速发展,聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)基碳纤维已成为了当前碳纤维工业中的主流。目前,国内外学者一致认为PAN原丝的质量是高性能PAN基碳纤维的关键所在。高性能的PAN基碳纤维,其原丝必须具备高强、高纯、高致密性和均匀的纤维结构等性能。凹凸棒土(Attapulgite,AT)作为一种具有特殊层链状结构的天然纳米无机物,将其应用于聚合物改性方面也已经取得一定的成果。研究结果表明AT不仅可以提高聚合物的结晶性能、流变性能及热性能等,而且可以提高纤维的力学性能。本论文利用AT对PAN进行改性,主要开展了以下三个方面的研究工作:1.利用机械共混的方法制得以二甲基亚砜为溶剂的聚丙烯腈/凹凸棒土(DMSO/PAN/AT)纳米复合纺丝原液。用哈克(Haake RheoStress150L)平板-锥板流变仪进行流变试验。从稳态和动态两个角度分析聚丙烯腈/凹凸棒土(DMSO/PAN/AT)纳米复合纺丝原液的溶液流变特性。结果表明:凹凸棒土的添加将明显影响纺丝原液体系的流变性能,在一定添加量范围内,在聚丙烯腈纺丝液中添加凹凸棒土的能够增加纺丝原液的流动性能,说明一定含量的AT有利于纺丝的进行并提高纺丝效率和纺丝质量。2.制备PAN/AT纳米杂化材料,通过FTIR和DMA进行表征,研究发现:凹凸棒土与聚丙烯腈分子之间存在氢键作用,在一定范围内AT分散性较好,且由于相互间作用力,AT能够限制分子链段的运动,并形成网络结构;AT添加量过多时,AT分散均匀性下降,其在聚合物基体中对分子链运动限制变得有限,同时增塑作用明显,有利于分子链段的运动。3.纺制PAN/AT纳米杂化纤维,对其力学性能进行测试,并通过XRD,TGA,SEM对纤维进行表征,结果表明:适量的AT含量,有利于提高纤维的力学性能,提高纤维的热性能,得到较大的结晶度和较小的晶粒尺寸,同时得到比较完善的纤维微观结构。

    关键词：
    碳纤维原丝 聚丙烯腈 凹凸棒土 聚合物改性 力学性能 微观结构
    作者：
    莫迪
    学位授予单位：
    东华大学
    授予学位：
    硕士
    学科专业：
    材料学
    导师姓名：
    陈大俊
    学位年度：
    2009
    语种：
    中文
    分类号：
    TQ342.742
    在线出版日期：
    2013年10月08日