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碳纤维是一种具有径向结构的材料,其径向上存在着明显的“皮芯结构”,这使得碳纤维径向上力学性能的分布有所差别。聚丙烯腈(PAN)常常被用于碳纤维制备,其结构对碳纤维的结构具有深刻影响。而在前人的研究中已经表明,PAN纤维在初生阶段即产生了“皮芯结构”,伴随着湿法纺丝的进行,这种结构会不断演变。干燥致密化作为湿法纺丝中重要的步骤,对PAN纤维的结晶、脱水和消除孔洞等反应有着重要影响。本论文利用透射电子显微镜(TEM)观察了干燥PAN纤维径向显微形貌结构;并采用纳米红外(Nano IR)、偏振拉曼(Polarized Raman)以及微区拉曼光谱(Raman)等方法,分别从分子链结构、取向结构和结晶结构分析了 PAN纤维径向结构的特征;除此之外,还利用了纳米压痕(Nanoindentation)探究了纤维径向弹性模量的分布特征。在此基础上,通过改变干燥致密化的温度场及时间场,研究并阐释了干燥PAN纤维径向聚集态结构分布与温度和时间的关系,结果表明:(1)干燥PAN纤维皮层部位的分子链堆叠度更高,分子链以旁式构象为主,结晶度、取向度和弹性模量更高,水分脱除及孔洞闭合程度更高;而芯部的分子链的旁式构象占比更少,分子链堆叠更为疏松,结晶度、取向度和弹性模量更低,致密化程度低。(2)温度升高,PAN纤维的径向上分子链堆叠度、结晶结构和模量分布差异增大。这是由于纤维皮部与芯部之间水分脱除的速度以及纤维分子链的活动能力随着温度的增高而增大。纤维径向取向结构分布差异随着温度的升高呈现先增大后减小的趋势。由于90℃-140℃的过程中,纤维皮芯之间分子链段的运动能力上的差异占主导因素,造成了取向的径向分布差异增大;而在140℃-150℃的过程中,过快的传热使纤维内部组织快速发生了取向,径向取向度的分布梯度降低。(3)时间延长,干燥PAN纤维的径向的分子链堆叠度、结晶结构和模量分布差异增大。这是因为纤维径向分子链的运动以及水分脱除的充分度的差异随着干燥时间增加而增大。纤维径向取向结构分布差异先减小后增大。因为干燥时间在16s-24s过程中,纤维径向分子链段运动充裕性差异占主因,时间的延长导致纤维径向的取向度差异减小;干燥时间在24s-40s的过程中,径向分子链的运动能量差异占主因,使得纤维径向上的取向度差异增大。