管式保压蒸汽牵伸对高性能碳纤维用聚丙烯腈原丝性能的影响

采用管式保压蒸汽牵箱伸制备了高性能碳纤维用聚丙烯腈(PAN)基原丝。通过蒸汽压力和温度匹配实验,找到最佳蒸汽牵伸工艺和设备保压极限值。即蒸汽压力0.20MPa,蒸汽牵伸温度133℃,蒸汽牵伸倍率2.0为最佳蒸汽牵伸工艺,管式保压蒸汽牵伸箱保压极限值为0.38MPa。利用XRD广角衍射仪考察了不同压力、不同牵伸倍率条件下原丝结晶取向度,结果得出蒸汽压力为0.38MPa,蒸汽牵伸温度为150℃,蒸汽牵伸倍率为2.0时结晶度、取向度最大,分别为54.2%和89.9%。利用X射线小角散射(SAXS)对比了两种不同蒸汽牵伸工艺下原丝的孔径尺寸及分布。实验结果表明,管式保压蒸汽牵伸制备原丝与过热蒸汽牵伸制备原丝相比,最小微孔比例增大3%,分形维数减小0.20。最佳工艺条件下管式保压蒸汽牵伸制备原丝对应的碳丝强度比过热蒸汽牵伸制备原丝对应的碳丝强度高0.50GPa。