通过X射线微计算机断层扫描和散射揭示了加热/辐射聚烯二烯纤维的异质和微孔结构演变

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 聚合物化学 聚合物化学
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 热处理对于碳纤维制备至关重要,但在这一阶段形成的缺陷会影响最终的纤维质量.
• 聚烯 (PAN) 纤维需要氧化前进行热处理,这一过程容易导致结构缺陷.
• 电子束辐射提供了一种方法来修改和改善预氧化PAN纤维的结构.

研究的目的:

• 在热处理过程中研究电子束辐射的PAN纤维的微结构演变.
• 了解辐射如何影响热处理过程中PAN纤维内的结构变化和层分布.
• 描述辐射对PAN纤维交叉连接,循环和多孔性的影响.

主要方法:

• 采用同步射X射线微型计算机断层扫描 (micro-CT) 来获得纤维的3D结构分析.
• 使用同步辐射 *in situ* 微角X射线散射 (SAXS) 和广角X射线散射 (WAXS) 来描述热处理过程.
• 在热处理条件下对照射和非照射PAN纤维进行比较分析.

主要成果:

• 电子束辐射在热处理过程中促进PAN纤维的交联和循环,降低开始循环温度.
• 微型CT显示了纤维层比例的显著变化:外皮/内皮增加,亚皮减少,核心皮肤比略有降低.
• 辐射导致了更密集的纤维结构,层间异质性减少,微孔大小减少.
• 强化氧气扩散到辐射纤维中促进了氧化和交联反应.

结论:

• 电子束辐射是一种有效的策略,可以在碳纤维生产的热处理过程中优化PAN纤维的微结构.
• 辐射改变了PAN纤维的层次结构,提高了它们的密度,减少了内部异质性.
• 辐射促进的增强交联和氧化有助于更高质量的碳纤维前体.