聚酰亚胺基碳纤维：前驱体结构影响与性能探索

"探究了前驱体结构对聚酰亚胺基碳纤维结构和性能的影响，研究团队通过调整二胺单体比例，运用湿法纺丝技术制造出多种结构的聚酰亚胺纤维，并通过1500℃的高温处理转化为PI基碳纤维。通过红外光谱、热重-热解红外联用、元素分析、X射线衍射和拉曼光谱等多种分析手段，揭示了聚酰亚胺纤维的结构对其碳化纤维的性能的关键作用。结果表明，PI基碳纤维具有光滑表面和高密度结构，碳收率超过45%，含碳量高达90%，具备优异的导电性能。随着二胺单体配比的改变，尤其是PDA/ODA比例增大，碳纤维的微晶结构更趋完善，碳收率、含碳量、石墨化程度和导电性能均有提升。BPDA/PDA体系的PI纤维转化的碳纤维显示出最优的微晶结构，其微晶堆叠厚度达1.724nm，ID/IG值为1.6，含碳量达95.5%，电阻仅为10Ω。研究还提出了PI纤维向乱层石墨结构转变的模型，纤维侧向有序度和平面规整度越高，碳纤维的微晶结构越完整。" 这篇论文详细讨论了聚酰亚胺（PI）作为前驱体制备碳纤维的过程及其影响因素。首先，通过改变二胺单体（例如PDA和ODA）的比例，可以调控PI纤维的结构，从而影响最终碳纤维的性能。实验发现，PI纤维的结构对碳纤维的碳收率、含碳量、石墨化程度以及导电性能有显著影响。较高的PDA/ODA单体配比能够优化碳纤维的微晶结构，增强其性能。 其次，采用的湿法纺丝技术是一种常见的纤维制备方法，它允许精确控制纤维的尺寸和形态，对于制备高质量的聚酰亚胺纤维至关重要。在1500℃的高温处理下，聚酰亚胺纤维转化为碳纤维，这一过程涉及到复杂的化学反应和结构转变。 通过红外光谱和热重-热解红外联用分析，可以追踪纤维中的化学键合和热稳定性，这些信息有助于理解结构变化。元素分析则揭示了碳纤维的组成，而X射线衍射和拉曼光谱则用于评估碳纤维的结晶度和石墨化程度。这些分析工具提供了全面的视角，深入理解了前驱体结构如何转化为碳纤维的微观结构。 研究还提出了一种理论模型，即PI纤维在碳化过程中转变为乱层石墨结构，这一模型解释了纤维结构与碳纤维微晶结构之间的关系。当PI纤维的侧向有序度和平面规整度增加时，碳纤维的微晶结构更加完善，这进一步改善了碳纤维的性能。 总结来说，该研究揭示了聚酰亚胺前驱体结构对其碳纤维衍生物的重要影响，强调了分子设计和加工条件在高性能碳纤维制造中的核心地位。这对于优化碳纤维的性能，特别是在能源、航空航天和电子等领域应用具有重要的科学和工业价值。