高温塑化牵伸对碳纤维结构与性能的影响

作     者：李双 崔迪 王宇 徐樑华 童元建 

作者机构：北京化工大学材料科学与工程学院 

出 版 物：《材料工程》 (Journal of Materials Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然基金青年科学基金(52102033) 

主　　题：聚丙烯腈基碳纤维 高温塑化牵伸 应力 结构 性能 

摘      要：为进一步提升聚丙烯腈基碳纤维的力学性能和导电导热性能，以一种典型的高强高模M40J碳纤维为原材料，借助在线张力仪、XRD、密度梯度仪、力学测试和万用表研究了高强高模碳纤维高温牵伸特性以及高温塑化牵伸对碳纤维结构与性能的影响。通过分析碳纤维高温塑化牵伸的应力响应，发现当温度达到2200 ℃以上时，牵伸过程中纤维产生的应力基本没有变化，纤维发生了稳定的塑性形变，说明2200 ℃是M40J碳纤维塑化牵伸的转变温度。高温塑化牵伸促进了碳纤维石墨微晶尺寸(Lc、La)的增长和取向程度的升高，并使得石墨微晶细长化。M40J碳纤维在2500 ℃施加6.0%塑性形变后，拉伸模量由368 GPa提高到503 GPa，拉伸强度保持良好，为4.49 GPa，碳纤维电阻率由11.26 μΩ·m降低至9.05 μΩ·m，热导率由63.60 W·m-1·K-1提高到100.73 W·m-1·K-1。