文章来源:Scientific Reports | 6:27330 | DOI: 10.1038/srep27330
研究团队:韩国科学技术学院先进复合材料研究所碳材料研究中心Sejoon Park等人
文章题目:Comprehensive stabilization mechanism of electron-beam irradiated polyacrylonitrile fibers to shorten the conventional thermal treatment
文章来源:Scientific Reports | 6:27330 | DOI: 10.1038/srep27330
研究团队:韩国科学技术学院先进复合材料研究所碳材料研究中心Sejoon Park等人
研究内容
该团队在热稳定之前将电子束照射在聚丙烯腈(PAN)纤维上,与传统的热稳定化工艺相比,电子束辐射有效地将热稳定化过程缩短了四分之一。 同时关于电子束辐照对热稳定性的缩短进行了全面的研究。
通过电子束照射在PAN纤维中产生各种链自由基,并且存在相对长的持续时间,如通过电子自旋共振谱所观察到的。 随后,这些自由基在存储或在氧气存在下加热,逐渐氧化成过氧自由基。通过在低温范围内(100-130℃)作为分子间交联和部分芳构化点以及在下一个温度范围(> 130-140℃)中作为连续环化反应的早期起始晶种,实现了热稳定的有效捷径。
最后,即使在低照射剂量(200kGy)下,然后进行短时热处理(230℃下30分钟),PAN纤维也得到了充分的稳定化,从而分别制得了碳化后抗拉强度和模量分别为2.3GPa和216GPa的碳纤维。
图1 不同电子剂量照射的PAN纤维的照片
图2 不同电子剂量照射的PAN纤维的(a)FT-IR光谱和(b)XRD图谱
图3 在(a)不同电子剂量和(b)200kGy下在100℃下加热10,20和30分钟时照射的PAN纤维的ESR谱
图4 不同电子剂量照射的PAN纤维的FT-IR光谱 (a)在DMF中溶解12小时,然后真空干燥,(b)在110,120和130℃在空气中加热30分钟后
图5 在(a)N2和(b)大气中测量的不同电子剂量下辐射的PAN纤维的DSC曲线
图6 在不同电子剂量照射后,在230°C下加热30分钟的PAN纤维的FT-IR光谱
图7 通过不同剂量的电子照射PAN纤维制备的碳纤维的机械性能,接着在230℃下热处理30分钟 (a)拉伸强度,(b)杨氏模量和(c)伸长率
图8 推测的电子辐照PAN纤维的热稳定机理