Rapid stabilization of pitch fiber precursor by multi-step thermal oxidation

碳化 纤维 材料科学 差示扫描量热法 复合材料 极限抗拉强度 等温过程 吸热过程 微观结构 两步走 扫描电子显微镜 吸附 化学 有机化学 物理 热力学 组合化学
作者
Jun Ichiro Hayashi,Makoto Nakashima,Katsuki Kusakabe,Shigeharu Morooka,Susumu Mitsuda
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:33 (11): 1567-1571 被引量:20
标识
DOI:10.1016/0008-6223(95)00118-w
摘要

A multi-step oxidation procedure was developed to stabilize an isotropic pitch fiber prior to carbonization. In the first step, the temperature was raised to 170–220 °C in 1 minute and kept isothermally for 4 minutes. The temperature was then increased in the same manner to 250, 300 and 350 °C. Stabilized fiber precursors were finally carbonized at 1000 °C. The three-step oxidation of 220–250–300 °C required only 15 minutes and stabilized the pitch fiber without fusion. However, the tensile strength of the resultant carbon fiber was 70% of that of the carbon fiber stabilized by a conventional slow heating method (2.5 °C/min to 360 °C). The four-step oxidation, taking 20 minutes in total, was more effective. The tensile strength of the carbon fiber was 82 and 88% by procedures of 220–250–300–300 °C and 220–250–300–350 °C, respectively. Oxidized fibers were characterized by differential scanning calorimetry (DSC) in a nitrogen atmosphere. The three-step oxidation of 220–250–300 °C decreased the heat capacity of the fiber but did not completely stabilize the microstructure of the fiber. The four-step oxidation up to 350 °C, however, diminished the endothermic peak in the DSC profile seen with fibers oxidized by the three-step procedure. The DSC profile of the fiber prepared by the four-step oxidation was very close to that prepared by the slow heating method.

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