摘要
碳纤维及其复合材料因具备稳定性好、强度高、导电性高等优点，所以其需求量在全球范围内逐年递增，是近些年来材料领域一直备受关注的热点。本文探讨了以聚丙烯腈（PAN）作为原料，结合静电纺丝、预辐照、预氧化以及碳化阶段制备性能优异的碳纳米纤维，借助扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱分析（FIRT）、热重分析（TG）、X射线衍射分析（XRD）以及元素分析等主要手段，研究探索静电纺丝阶段的最佳纺丝工艺、预辐照阶段的最佳辐照剂量、预氧化阶段的最佳温度和时间，以及初步探索使用自制PAN基碳纤维制备碳纤维纸的过程。 首先，在静电纺丝法制备聚丙烯腈（PAN）纤维纸的实验过程中，研究探索了纺丝液浓度、接收距离、电压以及溶液推速等因素对于静电纺丝阶段所产生的影响。其次，从微观形貌与结构的角度出发，探究预辐照剂量、预氧化温度和时间的变化对最终形成的PAN基碳纤维的影响，以上阶段主要分为三个过程进行探究，分别是①预辐照-预氧化-碳化、②预氧化-碳化、③预辐照-碳化，经过测试获得相对最优条件，获得性能优异的PAN基碳纤维，并初步探索使用自制PAN基碳纤维制备电池用碳纤维纸。论文的具体工作主要包括以下方面： 通过调整静电纺丝技术的纺丝液浓度、电压、推速以及接收距离，从而探索制备PAN纤维纸最佳条件。将制得的五种PAN纤维纸样品分别进行预辐照处理。结果表明：辐照处理会促使PAN纤维纸发生化学反应，从而形成环化结构。 将五种PAN纤维纸样品经过过程①预辐照-预氧化-碳化制备PAN基碳纤维，辐照处理会促使纤维发生化学反应，预氧化温度过低或者时间过长，会导致最终的PAN基碳纤维的微观形貌不清晰以及结构的变化；预氧化温度过高或者时间过长，纤维内部会形成大量的羰基，很难形成环化结构。将五种PAN纤维纸样品经过过程②预氧化-碳化制备PAN基碳纤维，PAN基碳纤维具备一定的纤维结构，但是效果相对一般。将五种PAN纤维纸样品经过过程③预辐照-碳化制备PAN基碳纤维，辐照处理能诱发PAN纤维纸发生化学反应，但是将PAN纤维纸通过预辐照-碳化的过程来制备PAN基碳纤维效果不佳。 对过程①预辐照-预氧化-碳化、②预氧化-碳化、③预辐照-碳化进行横向比较，结果表明：通过预辐照-预氧化-碳化过程所制备得到的PAN基碳纤维的性能是要优于预氧化-碳化和预辐照-碳化过程的。将PAN纤维纸经过过程①得到的PAN基碳纤维对制备碳纤维纸做初步探索。结果表明：其微观形貌能看出有纤维的存在、并且具备一定的厚度和拉伸强度。
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