金属离子对聚丙烯腈纤维预氧化过程的影响

采用浸渍的方法将不同种类金属离子Na、Ca、Fe引入聚丙烯腈(PAN)纤维,并将PAN纤维在空气中进行预氧化处理。借助于原子吸收光谱(AAS)、元素分析(EA)研究了PAN预氧化纤维的组成;通过X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热分析(DSC)、热失重(TG)等多种表征手段,研究了PAN预氧化纤维的结晶结构、化学反应及热性能,从而研究了金属离子对聚丙烯腈纤维预氧化过程的影响。从多种表征手段的研究结果表明,金属离子影响了PAN纤维预氧化进程,具体表现为添加金属离子后,PAN预氧化纤维组成改变,密度降低,代表分子环化反应所产生的六元环特征衍射峰增长缓慢,代表原丝结晶结构的特征衍射峰消失迟缓,代表环构化的官能团较少,含有金属离子的PAN预氧化纤维由于预氧化不足导致在氮气气氛下放热量增加,热失重增加。     

TGA-FTIR联用技术研究PAN预氧化纤维的热解

采用热重-傅里叶变换红外光谱(TG-FTIR)联用技术研究了N_2气氛下不同PAN预氧化纤维的热稳定性及其热解气体的种类、分布和裂解机理。结果表明,在主要热解温度范围内,PAN预氧化纤维的气相产物主要是H_2O,CO_2,CO,CH_4,HCN和NH_3;PAN预氧化纤维在N_2气氛中的热解可以分为低温区的环化脱氢和高温区的交联重排两个阶段;在一定范围内,预氧化程度高的纤维热稳定性更高,失重较低。     

PAN预氧化纤维结构与热处理温度的关系

在空气气氛中不同温度下对聚丙烯腈(PAN)原丝热处理8 h,制得PAN预氧化纤维。借助差示扫描量热分析、红外吸收光谱、X射线衍射、固体核磁等测试手段,表征了不同温度处理的PAN纤维的预氧化程度,研究了PAN预氧化纤维的结构特点。结果表明:不同温度下PAN纤维的预氧化程度不同,随着温度的提高而提高;PAN纤维预氧化程度不同,缘于不同温度下预氧化反应差异造成的预氧化结构的不同;预氧化温度越高,未环化的C≡N结构中共轭的C≡N结构相对含量越多,不利于进一步环化;环化反应在190~220℃较剧烈,在220℃以后反应趋于缓和;脱氢反应在190~210℃比较缓慢,在温度高于220℃开始剧烈进行;190℃以上发生氧化反应。     

硼酸改性对聚丙烯腈纤维预氧化的影响

通过在线监测聚丙烯腈(PAN)纤维的热收缩应变和应力,研究了硼酸改性对PAN纤维预氧化的影响。试验结果表明:随着硼酸溶液浓度的增加,PAN纤维化学反应的起始和结束温度向高温方向移动,化学收缩量降低,预氧化纤维体密度逐渐降低,硼酸对PAN纤维化学反应有抑制作用;硼酸对分子内环化和分子间交联反应的抑制可有助于预氧化纤维均质化程度的提高,并可防止PAN纤维表面在较高温度下被过度氧化。     

臭氧气氛中聚丙烯腈纤维预氧化过程中的热行为

通过测量聚丙烯腈(PAN)纤维在空气和臭氧气氛下预氧化过程中的热应力行为,比较空气和臭氧气氛中预氧化所得纤维的物化性质。结果表明:PAN纤维在臭氧气氛中进行预氧化时,纤维的物理收缩应力和化学收缩应力比空气中的小,应力松弛严重;纤维在臭氧气氛中的敏感温度均比空气中的高,化学反应推迟;相同的升温速率下,臭氧气氛中纤维发生化学反应的时间较空气中的少,臭氧中纤维的化学反应速率较空气中的快;两种气氛中纤维的体积密度相差很小,臭氧中纤维皮芯结构状况较严重。     

预氧化时间对中空形态的聚丙烯腈基活性碳纤维性能的影响

聚丙烯腈(PAN)中空纤维在空气中250℃分别预氧化不同的时间,在N2气氛下于900℃进行碳化60min,随后用CO2气体在800℃活化40min,得到PAN基活性中空碳纤维(PAN-ACHF)。测定了PAN-ACHF对碘和亚甲基蓝的吸附量,考察了预氧化时间对PAN预氧化纤维的收缩率和芳构化指数以及对PAN-ACHF的活化收率和吸附性能的影响。     

油剂对聚丙烯腈原丝预氧化与低温碳化的影响

在相同聚合、纺丝工艺条件下制得两种分别上有不同油剂(No.1、No.2)的聚丙烯腈(PAN)原丝,然后在相同工艺条件下依次进行预氧化、低温碳化处理。采用红外光谱和X-射线衍射表征了两种原丝的预氧化结构,采用差示扫描量热仪研究了预氧丝除油前后在低温碳化阶段的热行为,结果表明:采用No.1油剂的PAN原丝预氧化程度较高,表面除油后在低温碳化阶段时质量损失较小,表现出较好的耐热性;但在不除油的情况下,采用耐热性好的No.2油剂的PAN原丝尽管预氧化程度较低,但在低温碳化阶段时质量损失较小,表现出更好的耐热性。与预氧化程度相比,油剂的耐热性对预氧化纤维在低温碳化阶段的热行为影响更大。     

张力对PAN预氧化纤维结构和性能的影响

在预氧化过程中通过施加不同张力制备了四组PAN预氧化纤维,并利用单纤维强力测试仪、元素分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对PAN基碳纤维原丝及预氧化纤维的力学性能、微观结构和表面形貌进行了研究。结果表明,热处理过程中负载张力的增加会引起预氧化纤维表面形貌发生明显变化,预氧化纤维表面整体更加光滑,其(002)晶面的晶粒尺寸变大,微晶择优取向程度增加,预氧化纤维中C元素含量逐渐降低,O元素含量逐渐增加,预氧化纤维的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率都呈现逐渐降低的趋势。     

磷酸二氢铵对聚丙烯腈纤维预氧化程度及热稳定性的影响

聚丙烯腈(PAN)纤维的预氧化过程是PAN基炭纤维生产中最耗能耗时的阶段。为了加快PAN纤维的预氧化过程,提高PAN纤维的预氧化程度,采用非金属化合物磷酸二氢铵(NH_4H_2PO_4)对PAN纤维进行改性,探讨了磷酸二氢铵对PAN纤维化学结构和热性能的影响。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)分析得到,PAN纤维的预氧化程度随着预氧化温度和试验设定的NH_4H_2PO_4浓度范围内升高而升高。与未改性PAN纤维相比,相同温度下,改性PAN纤维环化度更高,在180℃和200℃低温条件下更为明显,240℃及260℃的促进效果一般,另外改性PAN纤维在240℃可提前完成环化反应。热重(TGA)结果表明,NH4H2PO4受热分解产生的磷酸与羟基反应导致分子链交联,能降低预氧化过程中的热失重,提高热稳定性。     

PAN/PPG纤维预氧化及碳纤维结构和性能研究

采用聚丙二醇(PPG)与聚丙烯腈(PAN)共混制备的PAN/PPG原丝进行预氧化和碳化,利用SEM、FTIR、元素分析仪、力学性能测试等仪器和手段,研究了PPG的加入对预氧丝和碳丝的结构和性能的影响.研究发现:PPG的加入使PAN预氧丝的表面结构更加均匀,减少了碳纤维中的孔洞;同时还促进了纤维在预氧化和碳化过程中的氧化...     

干纺与湿纺腈纶大丝束预氧化工艺研究

对 3 .3 3dtex民用干纺与湿纺腈纶大丝束的预氧化工艺进行了研究。结果表明 ,预氧化温度和铺丝厚度是影响纤维性能的关键因素。预氧化温度 2 60～ 2 70℃ ,每 10min升温 10℃ ,制备的干纺与湿纺腈纶预氧纤维都能达到强度 1.6～ 1.7cN/dtex ,伸长 11%～ 16% ,极限氧指数大于 40 .5 %的纺丝用预氧纤维的质量要求。     

流态化技术在聚丙烯腈基原丝预氧化中的应用探讨

分析了聚丙烯腈(PAN)基原丝预氧化的现状,针对预氧化过程时间长、效率低等问题,引进流态化技术,研究开发了新的流态化预氧化炉。探讨了流态化预氧化的特点,通过对比多组试验数据,分析流态化预氧化的可行性。数据说明新设备在保证预氧化质量前提下,能缩短预氧化时间。     

磁场对聚丙烯腈原丝及其预氧化的影响

在加热条件下对聚丙烯腈(PAN)原丝施加强磁场,研究了磁场对PAN原丝的影响及经过强磁场预处理后的PAN原丝在预氧化过程中产生的变化;采用红外吸收光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜等方法对PAN原丝进行表征。结果表明:经磁场强度为1.9 T,磁化时间为60 min的磁场预处理后,PAN原丝的氰基基团取向度从0.37增大到0.46,微晶尺寸减小12.95%,相同预氧化温度下的相对环化率均大幅提高,纤维密度均有增大,预氧化丝的皮芯结构明显改善。     

混合溶剂法合成高分于量PAN树脂

优质PAN原丝是生产高性能碳纤维(CF)的前提,采用高分子量聚丙烯腈(PAN)共聚树脂进行干喷混纺是提高原丝性能的有效途径之一。本文采用混合溶剂法合成了分子量(Mw)为5.2×10~5～3.16×10~6的PAN共聚树脂,系统地讨论了实验条件对聚合结果的影响,并对反应机理进行了初步探讨。对合成的树脂进行热分析时发现树脂的热行为更适合预氧化反应。     

预氧化拉伸对PAN基碳纤维结构和性能的影响

借助X射线衍射、元素分析等表征手段,研究了聚丙烯腈(PAN)纤维在预氧化过程中拉伸对纤维孔隙结构、预氧丝氧含量和最终碳纤维力学性能的影响。结果表明:随着拉伸倍数的增大,PAN预氧丝的平均孔径和孔隙率均减小;经一定拉伸后PAN基碳纤维的强度和模量均有所增加,但当拉伸到一定程度后,PAN预氧丝的氧含量呈下降趋势,纤维未形成稳定的耐热梯形结构,PAN基碳纤维力学性能显著下降。     

碳纤维快速氧化方法的研究

对经过不同预氧化时间处理的PAN纤维,控制相当的氧化程度(预氧化纤维密度),经过碳化处理得到碳纤维样品力学性能的分析。得出适当增加预氧化时间,碳纤维力学性能指标会得到相应的提高,缩短预氧化时间碳纤维的力学性能指标会相应的降低。但考虑生产效率和成本,在碳纤维力学性能指标满足基本需要的前提下,可以缩短预氧化时间即快速氧化。     

一种创新的运用电子技术制造碳纤维的方法

重点介绍了运用电子技术制造碳纤维的创新思路和实践,具体阐述了PAN原丝射频负压软等离子预氧化,预氧化纤维微波法碳化和碳纤维射频法石墨化工艺过程的设备、原理和工艺流程。     

臭氧预氧化聚丙烯腈纤维工艺条件的研究

通过在线监测聚丙烯腈纤维的热收缩行为,对臭氧预氧化工艺条件进行了研究。实验结果表明:超过150℃通入臭氧会引起纤维分子链断裂,对预氧化不利;低温下恒温,臭氧预氧化效果不明显;恒温温度过高,加快了臭氧的分解,臭氧预氧化的效果也不明显,因此最佳的恒温温度应为125℃。同时对恒温时间进行了优化,发现当恒温时间达到1h,臭氧会引起晶区PAN纤维分子链的断裂,对预氧化不利,因此最佳恒温时间应为0.5h。     

碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维的制备及结构研究

通过原位聚合的方法制备了碳纳米管/聚丙烯腈(CNTs/PAN)聚合液,用湿法纺丝工艺制备了CNTs/PAN复合纤维,分析了复合纤维流变性能、热性能及截面形貌。结果表明:CNTs的加入使得聚合物溶液出现了假凝胶化,粘度和弹性均有所上升,纺丝时溶液细流的表层遇水迅速凝固成致密的皮层,影响了纤维芯部的二甲基亚砜(DMSO)和水的双扩散作用,凝固丝出现了很明显的皮芯结构,CNTs的加入还使得纤维预氧化放热过程得到了缓和。