辐照聚丙烯腈纤维微观结构演变的同步辐射散射研究

作     者：黄煜航 邵瑞琪 薛艳玲 田丰 李天宇 王维 裴晓园 徐志伟 

作者机构：天津工业大学纺织科学与工程学院纺织复合材料教育部重点实验室 中国科学院上海应用物理研究所 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源 

出 版 物：《辐射研究与辐射工艺学报》 (Journal of Radiation Research and Radiation Processing)

年 卷 期：2024年第05期

页      面：40-47页

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：国家自然科学基金(12205218、52275190)资助~~ 

主　　题：高剂量辐照 聚丙烯腈纤维 预氧化 同步辐射 碳纤维 

摘      要：预氧化是碳纤维制备过程中的关键步骤之一，在此过程中所产生的缺陷大部分将遗传至碳纤维中，所以聚丙烯腈（PAN）预氧化纤维的结构优化对提升碳纤维力学性能尤为重要。辐照是一种优化PAN预氧化纤维结构、有效改善PAN基碳纤维力学性能的改性方法。为探究高剂量电子束辐照PAN纤维在预氧化过程中微观结构的演变，本研究采用了同步辐射原位小角散射（SAXS）、广角散射（WAXS）对高剂量辐照及未辐照PAN纤维热处理过程进行表征，并结合差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和傅里变换叶红外光谱（FTIR）对PAN预氧化纤维进行表征分析。结果表明：高剂量（500 kGy）辐照促进了PAN纤维在热处理过程中的交联、环化反应，有效缓解了环化反应所引起的剧烈放热，降低了初始环化温度。同时，高剂量辐照对PAN纤维分子结构的破坏作用更加显著，高剂量辐照PAN纤维在热处理后的微孔横向尺寸（D）与取向角(Beq)分别降低至7.61 nm和8.58°，晶体层间距d002减小至0.352 nm。综合来说，高剂量辐照使得PAN纤维微观结构在热处理后得到了改善，这有利于改善相应碳纤维的结构和性能。