DSC法研究PAN纤维的低温热解特性

利用DSC法(差示扫描量热法)考察了三种PAN(聚丙烯腈)纤维在空气条件下热稳定化过程。实验结果表明:不同的样品其环化反应热效应各不相同,吉林丝呈现出两个放热峰,而榆次丝仅有一个放热峰。同时,随着样品本体羧基基团的引入,环化反应活化能下降,使其反应易于进行。而且,利用Sharp法和Ellerstein法对反应动力学参数进行了求解,其值较为接近。另外,还讨论了温速对其放热量的影响。     

PAN纤维在惰性气氛中的热行为研究

聚丙烯腈(PAN)纤维在惰性气氛中的热行为主要包括3个反应:热致收缩反应、环化反应和热解反应。通过差示扫描量热仪和热重分析仪研究了PAN纤维在惰性气氛中的热行为。结果表明,热致收缩和热解反应并无明显的吸放热现象,而环化反应放热剧烈且短促。环化反应过程中存在明显的传热过程,环化反应速率达到最大值时,温度随着升温速率的提高而上升。热解反应使得可发生环化反应的原料总量下降,且随着升温速率的提高,反应放热量下降。分别采用Ozawa法与Kissinger法计算了环化反应的表观活化能,并建立了修正后的动力学模型。该模型可以有效地描述不同升温速率条件下的反应过程。     

衣康酸α,β羧基对聚丙烯腈热稳定化反应的影响及机理

采用K2S2O8-Na HSO3引发剂和水相沉淀聚合法制备了丙烯腈均聚物(PAN)、丙烯腈-β-衣康酸单乙酯共聚物(P(AN-MIA))、丙烯腈-衣康酸共聚物(P(AN-IA))。采用红外光谱和差示扫描量热/热重同步分析研究了衣康酸α,β羧基对热稳定化反应的影响及机理。结果表明,引入MIA和IA共聚单体均能显著提高相对环化率,降低热稳定化反应起始温度,缓和放热和失重行为。但IA的作用效果更好,这归功于IA中的α,β羧基均能引发氰基发生离子环化反应,使PAN转变为更稳定的梯形结构。通过对空气气氛的差示扫描量热曲线进行分峰处理,研究了IA的α,β羧基对离子环化反应和氧化反应的影响及其机理。     

碳纤维原丝用二元丙烯腈聚合物的合成及性能

设计合成了双功能共聚单体3-羧基-3-丁烯酰胺(CBA),采用溶液聚合的方法制备丙烯腈二元共聚物作为碳纤维前驱体,详细研究了单体配比对聚合反应、聚合物结构和预氧化性的影响。结果表明,随着单体投料中CBA含量的增加,聚合物中CBA含量增加,而相对分子质量和转化率均逐渐降低;红外光谱和差示扫描量热分析表明CBA单体能够通过离子机理引发环化,使预氧化温度降低60℃以上,且随着CBA单体含量的增加,离子环化反应加强,放热速率降低,有利于避免集中放热,CBA可以明显改善聚丙烯腈(PAN)的预氧化性能,有利于制备高性能碳纤维。     

炭纤维原丝用丙烯腈/衣康酸单甲酯共聚物的制备及热性能

研究了单体浓度、配比对丙烯腈/衣康酸单甲酯共聚反应的影响,利用傅立叶红外(FT-IR)、差热扫描量热仪(DSC)、热重分析(TGA)对样品的结构与性能进行分析和表征。结果表明,单体质量百分含量的增大,聚合反应的转化率及分子量增大;衣康酸单甲酯比例的增加,聚合物的转化率及分子量下降;同时发现,衣康酸单甲酯的加入,使环化过程放热起始温度降低,放热峰明显加宽,有效改善了均聚丙烯腈环化过程放热集中的缺点,另外衣康酸单甲酯的加入,有效地提高了聚丙烯腈的热稳定性,这些均有利于聚丙烯腈原丝的预氧化。     

锆掺杂MCM-41介孔分子筛的水热合成与稳定性

水热条件下,以硅酸钠和硫酸锆为原料,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,按照初始的ZrO2与SiO2物质的量之比0.05、0.1、0.2和0.3合成了4种不同锆含量的含锆介孔分子筛(ZrMCM-41).采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积孔径测定等方法对样品的结构和形貌进行了表征.考察了不同ZrO2与SiO2物质的量之比、不同焙烧温度以及不同水热处理时间对样品孔结构的影响.结果表明:合成的样品具有典型的MCM-41介孔结构,其比表面积为448.6~891.9 m2/g.随着样品中锆含量的增加、焙烧温度的升高和水热处理时间的延长,所合成样品的介孔有序性下降,BET比表面积降低.     

后交联纤维的制备及吸附性能研究

用对二氯甲基苯作为后交联剂,与聚丙烯接枝苯乙烯-二乙烯苯纤维进行后交联反应,制备出具有高比表面积的后交联纤维.对影响反应的各种因素:反应温度、时间、催化剂和配料比进行了研究,得出最优化的制备条件.并且在静态条件下,研究了水溶液中后交联纤维吸附吡啶的热力学特性,测定了不同温度下的吸附等温线.结果表明,后交联纤维吸附吡啶符合Freundlich模型,表现为放热的物理吸附过程,而且是自发进行的.     

丙烯腈-丙烯酰胺溶液共聚合及其产物热性能研究

通过改变原料中丙烯腈(AN)与丙烯酰胺(AM)的配比,获得不同共聚组成的聚丙烯腈。结合凝胶渗透色谱(GPC),X射线衍射(XRD),核磁共振(NMR),失重差热联用(DSC TG)等考察了AM对聚合反应的影响,剖析了聚合物的结构特征,评价了共聚产物在50℃～500℃氮气中的热性能。研究结果表明:反应物料中AN与AM的配比对产物分子量、转化率、共聚组成、共聚物的晶态结构和立体结构以及放热行为有着极大的影响。AM的加入对共聚产物分子量和聚合转化率的影响趋势相反。当AN与摩尔分数为0.75%的AM反应时,转化率最高,分子量最低。在AM的摩尔分数为0%～3.78%的条件下,随着AM加入量的增多,共聚组成中AM量也增多,聚合物的规整度增高,结晶度变大,晶粒尺寸增加。AM的引入能够使PAN/AM环化提前,降低放热速率。并且,环化机理受共聚组成影响。AM的引入使得共聚物存在两种环化增长方式(离子增长和自由基增长)。随着AM引入量的增多,氰基的自由基环化增长越来越少,离子环化增长越来越多,存在自由基机理向离子机理过渡的趋势。     

一种热稳定化PAN纤维的新方法

一、引言PAN纤维被加热到180℃以上时,会发生放热降解反应,从而引起结构环化。PAN纤维的DSC曲线如图1A所示:在明显的初始放热峰Ⅰ(265℃左右)后,联着一个     

粉煤灰粒径分布对硅酸盐水泥水化性能的影响

为研究粉煤灰粒径对硅酸盐凝胶材料水化性能的影响,经球磨仪研磨得到3种不同粒径的粉煤灰,探讨其对硅酸盐水泥水化放热速率、水化放热总量、水化反应程度和粉煤灰自身水化反应程度的影响。结果表明:随粉煤灰粒径的减小,粉煤灰的水化活性明显增大,水化反应程度增大,养护龄期为7 d时,水化程度增加20.7%;粉煤灰粒径分布对硅酸盐水泥水化放热总量的影响较小,主要影响其水化放热速率、水化反应程度,养护龄期为28 d时,胶凝材料水化程度增加3%。     

PAN纤维热松弛行为控制与聚集态结构调控EI北大核心CSCD

聚丙烯腈(PAN)纤维在纺丝过程中会形成受迫高弹形变,在受热条件下会出现物理收缩为代表的热松弛行为,发生解取向。通过热力学分析仪(TMA),动态力学分析仪(DMA),广角X射线衍射法(WAXD)等手段研究PAN纤维的热松弛行为,并且通过张力和温度对其进行控制。结果表明:PAN纤维纺丝过程形成的高弹形变约占10%以上,在高温下会迅速回复发生解取向。通过施加适当的张力和提高温度可以在不损失取向结构的同时将高弹形变转化为塑性形变。在张力和温度的作用下,纤维内部聚集态结构重排,分子链取向进一步提高,晶态结构进一步完善,纤维尺寸稳定性提高50%以上。研究表明经此方法处理的碳纤维微晶沿分子链排列更加规整,性能得到了有效提升。     

Electrically conducting thin films obtained by ion implantation in pyrolyzed polyacrylonitrile

Heat treatment of polyacrylonitrile (PAN) leads to products with semiconductor-to-metal range of conductivities. The electrical properties of these materials are further modified by ion implantation. The conductivity, 1×10^–7 (Ω cm)^–1, of heat treated PAN at 435°C (PAN435) increases upon ion implantation with As⁺, Kr⁺, Cl⁺ or F⁺, reaching the maximum value of 8.9×10^–1 (Ω cm)^–1 at a dose of 5×10¹⁶ ion/cm² and an energy of 200 KeV for the case of F⁺ implantation. On the other hand, ion implantation in the more conducting heat-treated PAN at 750 °C (PAN750) leads to a decrease in the electrical conductivity. It is shown that the conductivity modifications are primarily due to structural rearrangements induced by the energetic ions. Specific chemical doping contribution to conductivity is noted for halogen implantation in PAN435. The temperature dependence of conductivity of PAN heat treated at 750°C suggests a two path conduction, namely a three dimensional variable range hopping conduction and a metallic conduction. After ion implantation, the conductivity-temperature dependence is interpreted in terms of a variable range hopping conduction mechanism. Received: 25 August 2000 / Reviewed and accepted: 28 August 2000     

湿法纺丝Amid-CNT/PAN复合纤维的结构与性能

通过溶液聚合得到胺化碳纳米管（Ami-CNT）/聚丙烯腈（PAN）复合溶液, 采用湿法纺丝技术制备了Amid-CNT/PAN复合纤维。利用红外光谱、 拉曼光谱、 差示扫描量热仪、 热失重仪和扫描电镜等方法分析Amid-CNT对PAN纤维结构的影响。结果表明: Amid-CNT与PAN大分子之间有很强的化学作用力; Amid-CNT在复合纤维中具有很高程度的取向, 使PAN纤维中氰基的取向从1.61提高到了2.30; 复合纤维在空气中的起始放热温度相对PAN纤维从212.30℃提前到206.01℃, 反应放热量从3054J/g降低到2346J/g; 复合纤维比PAN纤维的起始失重温度提前了3.7℃, 在700℃时的剩余质量提高了13.5%; 复合纤维的断面比PAN纤维具有更多的絮状结构。      

聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性

针对二元共聚聚丙烯腈（PAN）纤维的热应力和聚集态结构特点,借用差示扫描量热（DSC）分析、广角X射线衍射（WAXD）、红外光谱（FTIR）等表征手段研究了预处理阶段（180 ℃）纤维热应力变化与最终碳纤维结构及性能的关联性。实验结果表明：对于取向度较高,但热应力较大的二元共聚PAN纤维,在180 ℃进行适当的应力松弛处理有利于最终碳纤维力学性能的提高。进一步的分析表明,随着预处理阶段纤维热应力的降低,PAN纤维内部准晶区的取向度逐渐下降,而纤维的环化反应活化能明显降低,相对环化率逐渐增大,相应碳纤维中类石墨晶体的层间距呈现先减小后增大的趋势,类石墨晶体的堆叠厚度则是先增大后减小;与之对应的碳纤维的拉伸强度以及拉伸模量也呈现出先增大后减小的趋势。综合研究结果表明：对二元共聚PAN纤维进行适当的热应力松弛处理可有效改善最终的碳纤维结构参数,提高其力学性能。     

大丝束PAN纤维热反应特性及其在连续预氧化过程中的结构性能演变

利用热应力、DSC、FTIR、元素分析(EA)、XRD及力学性能、密度等测试表征手段,结合小丝束(24K)聚丙烯腈(PAN)原丝,解析了大丝束(48K) PAN原丝的热反应特性,并采用50 min连续预氧化制备高性能大丝束碳纤维,研究了大丝束PAN原丝连续预氧化过程中的结构性能演变规律。结果表明,大丝束PAN纤维的化学热应力是小丝束的1.13～1.43倍,且启动温度更低,当温度为250℃时,化学热应力差值最大,对应大丝束纤维密度为1.316 g/cm³;纤维内准晶区在反应初期即大量转化为无定形状态,准晶区晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势;50 min连续预氧化制备的大丝束碳纤维单丝拉伸强度和拉伸模量分别为4 240 MPa和244 GPa,相关力学性能达到市售国外大丝束碳纤维同等水平。     

聚丙烯腈纳米纤维的辐射氧化及热性能变化

采用静电纺丝法制备出平均直径300nm左右的聚丙烯腈(PAN)纤维,利用γ射线在室温及空气气氛中对PAN纳米纤维进行辐照处理,吸收剂量50~500kGy。采用红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、差示扫描量热仪及热失重分析仪研究了辐射氧化对PAN纳米纤维结构以及热性能的影响。结果表明,辐射氧化可直接在PAN纳米纤维分子链上引入含氧官能团,有利于预氧化过程中脱氢反应的发生。同时可在室温下引发PAN纳米纤维的部分环化反应生成-C=N-共轭结构,其含量随吸收剂量的增加而增加,可有效降低环化放热峰的强度并缓和放热行为。这些结果表明辐射氧化工艺在碳纳米纤维制造领域有很好的潜在应用价值。     

腈纶废丝/硬脂酸相变纤维的制备及性能研究

以硬脂酸(SA)为相变储能物质,腈纶废丝(PAN)为聚合物基体,采用湿法纺丝法制备了PAN/SA相变纤维。研究表明,相变纤维中PAN与SA大分子依靠分子间作用力结合在一起;SA在纤维基体中分布均匀,无相分离现象;PAN/SA相变纤维的相变焓达到48.84J/g,且DSC热循环显示纤维具有较好的热稳定性;PAN/SA相变纤维相对于PAN纤维具有良好的保温性;PAN/SA相变纤维在110℃热空气中迅速干燥的力学性能优于常温处理的力学性能。     

Catalytic graphitization and formation of macroporous-activated carbon nanofibers from salt-induced and H2S-treated polyacrylonitrile

We present here a facile method to produce macroporous-activated carbon nanofibers (AMP-CNFs) by post-treating electrospun cobalt(II) chloride (CoCl₂) containing polyacrylonitrile (PAN/CoCl₂) nanofibers with hydrogen sulfide (H₂S) followed by carbonization. A range of techniques including scanning and transmission electron microscopy, FTIR and Raman spectroscopy is used to examine and characterize the process. Because of the phase behavior between carbon and cobalt, cobalt particles are formed in the nanofibers, some of which leave the fibers during the heat treatment process leading to macroporous fibrous structures. The number of the macroporous increase significantly with increasing CoCl₂ concentration in the precursor H₂S-treated PAN/CoCl₂ nanofibers. The cobalt phase in the fibers also leads to catalytic graphitization of the carbon nanofibers. The produced AMP-CNFs may be a promising candidates in many applications including anode layer in lithium ion batteries, air and liquid purifiers in filters, as well as in biomedical applications.     

酰氯化工艺对腈纶表面接枝蛋白质效果的影响

对酰氯化工艺条件对腈纶表面接枝蛋白质改性效果的影响进行了研究,结果表明:酰氯化工艺条件对蛋白质接枝改性腈纶的制备具有重要作用,无论是酰氯化反应温度、反应时间,还是氯化亚砜加入量都会对纤维的蛋白质接枝率产生重要影响。研究表明,氯化亚砜加入量约占接枝纤维量的10%,反应温度105℃~110℃,反应时间在10 min~30 min之间时,可以制得接枝率较高的蛋白质接枝改性腈纶。进一步的SEM观察和红外分析同时证明在腈纶表面接枝蛋白质效果明显。     

固体渗硼增强多孔炭的抗氧化性

以KOH化学活化法制备的多孔炭为原料,通过固体渗硼(渗剂的质昔分数为10%)而后850 ℃进行5h热处理以增加其抗氧化性能.结果表明:渗硼后多孔炭表面的活性点数世明显减少,有效抑制了氧化性气体与多孔炭的反应,从而提高了多孔炭的抗氧化能力.与多孔炭原料相比,尽管渗硼后微孔、中孔体积和比衷而积降低,但其微反活性仍可达到70%.