提高聚丙烯腈基炭纤维质量的方法

聚丙烯腈是炭纤维的重要原材料。高质量的聚丙烯腈才有可能生产出高质量的原丝,而高质量的原丝是保证高质量炭纤维的必在条件。聚丙烯腈的分子量及其分布、等规度、共聚结构单元的比例及分布上的缺陷直接影响着聚丙烯腈的质量,进而影响原丝及其炭纤维的性能。从调整聚丙烯腈分子量及分布、等规度、共聚结构单元的比例及分布入手,论述了提高聚丙...     

原丝浸渍硼酸对炭纤维结构与性能的影响

聚丙烯腈原丝(3K,1.1dtex)用硼酸进行浸渍,再分别进行间歇式预氧化和炭化。借助元素分析、X射线衍射、红外分析和扫描电镜等表征手段和力学性能测试,研究了硼酸浸渍对原丝结构、预氧化炭化过程及炭纤维结构与性能的影响。结果表明,硼能进入到原丝的内部,但只是物理吸附,在浸渍过程中不改变原丝结构,在预氧化过程,硼钝化了纤维的环化、氧化反应,起始温度推迟2.5℃。在炭化过程中,硼促进了纤维结构的有序化和完善,炭纤维的强度和模量都得到了提高。硼质量分数为1.376×10-4,张力为108 g时,炭纤维抗拉强度为2544 MPa,较同等条件未渗硼的提高约90%。     

MWCNT/Lyocell炭纤维的制备及其性能

为了提高Lyocell基炭纤维的得率及其力学性能,纺制了MWCNT/Lyocell纤维并以此为原丝制备了炭纤维.采用广角X-衍射(WAXD)、热失重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、强度仪等分析了试样的结构与性能.结果表明:MWCNT/Lyocell纤维具有纤维素Ⅱ晶型的结构,纤维表面光滑且截面为圆形,符合优质炭纤维原幺幺的要求.以此为原丝所制炭纤维中,MWCNTs分布均匀;与纯Lyocell基炭纤维相比,掺杂MWCNTs的Lyocell基炭纤维的力学性能明显提高,其中,掺杂质量分数1％ MWCNTs的Lyocell基炭纤维的强度和模量分别比纯Lyocell基炭纤维提高70％和116％.同时掺杂MWCNTs还可以提高Lyocell纤维的热稳定性,进而提高Lyocell基炭纤维的得率.     

聚丙烯腈基原丝的沸水收缩率对炭纤维性能的影响

本文详细研究了国产1K聚丙烯腈原丝和英国考特尔1K、3K聚丙烯腈原丝的沸水收缩率及由它们制得的炭纤维的性能,总结出原丝的沸水收缩率对炭纤维性能的影响规律.     

聚丙烯腈基炭纤维中微孔的演变规律

利用二维小角X射线散射技术(SAXS),结合纤维孔结构解析理论及分形原理得到了炭纤维形成过程中纺丝、预氧化、低温和高温炭化等四个阶段样品的微孔结构信息。结果表明:原丝中孔隙沿纤维轴向择优取向,呈长梭状,其长轴与短轴的平均尺寸分别为24.3nm和19.2nm,长径比为1.27。遗留到预氧化阶段的原丝孔洞使得预氧化纤维出现高达1.85的长径比极大值,这可能与原丝线性结构向预氧丝耐热梯形结构转化有关。炭化阶段微孔尺寸迅速减小,长轴、短轴分别达到3.56nm和2.85nm左右,长径比也减小至1.24。分形状态研究表明:表面分形维数DS值介于2.42～2.88之间,且随工艺的进行逐渐增大,低温炭化阶段变化幅度较大,说明各级产品在微观结构上越来越复杂,亦证明低温炭化是促进炭纤维微观结构转变的重要的工艺段。     

聚丙烯腈基炭纤维制备过程中的表面形态和结构研究

为了制备高性能的聚丙烯腈基炭纤维，用SEM和TEM等分析方法跟踪炭纤维生产全过程中纤维微观结构所发生的变化。在湿法纺丝中，控制预牵伸倍数为7倍，调整凝固浴的温度为16℃时，可纺出截面近似圆形的高质量原丝，纤维的截面和表面的微纤比较紧凑，表面缺陷和裂纹较少；原丝经过预氧化后仍保持原来的微原纤结构，纤维外部表层的石墨微晶较大，所含孔隙较少，内部的微晶较小且含有大量孔隙。用高锰酸钾改性原丝能够得到质量优异的预氧化纤维，改性预氧丝的纤维基面增加比未改性的多，基面沿纤维轴排列的程度更高。所制备的炭纤维具有由原丝演变来的微观结构，微纤沿纤维轴高度取向，微纤之间有细长的孔隙，并堆砌在一起形成枝化微纤的伸展网络，炭纤维截面形状也近似为圆形。合理调整制备工艺，得到了强度为3．6GPa-4．2GPa，断裂延伸率为1．6％-1．8％，模量为235GPa-240GPa的聚丙烯腈基炭纤维。结果表明：炭纤维的微观组织结构与原丝的微观组织结构密切相关，高强度、高取向度和结构均匀的原丝是获得高强度和高模量炭纤维的前提。     

羟基氨基改性硅油阳离子乳液的合成及其在炭纤维原丝油剂中的应用

为制备储存稳定、适合聚丙烯腈基(PAN)炭纤维原丝生产用油剂,利用三步法合成了一种具有自乳化特性的羟基氨基改性硅油(HA-PDMS),并与商业化的环氧改性硅油产品进行复配制备成炭纤维原丝油剂(P-OA)。在PAN生产线上,使用P-OA和日本竹本油剂(J-OA)分别生产上油的PAN原丝P-PAN和J-PAN;对P-PAN和J-PAN进行炭化处理制备相应炭纤维P-CF和J-CF。利用FT-IR和1H-NMR确认HA-PDMS结构;利用激光粒度分析仪、热重分析仪和表面张力仪对P-OA与J-OA进行特性分析;利用摩擦系数仪、毛羽量测试仪、纤维强力仪对上油后的原丝和炭化后的炭纤维进行测试表征和对比分析。结果表明,上油后的P-PAN单丝拉伸强度较J-PAN有所提高;炭化后P-CF较J-CF拉伸强度、拉伸模量均有提高,而毛羽量显著减小。     

炭黑填充Lyocell纤维的制备及其用于炭纤维原丝的研究初探

为了提高Lyocell基炭纤维的得率及其力学性能，制备了不同含量炭黑填充的Lyocell纤维用做炭纤维原丝。采用X-衍射(WAXD)、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、强度仪等分析了试样的结构与性能。WAXD表明炭黑填充的LyoceH纤维仍然具有纤维素Ⅱ晶型的结构，同时还保留了炭黑的特征衍射峰；TGA表明该纤维热稳定性不变，添加质量分数为10％和30％炭黑的LyoceH纤维在1000℃时的碳得率可分别提高4．4％和17．1％：SEM显示该纤维表面光滑且截面为圆形，符合优质炭纤维原丝的要求；炭黑填充的Lyocell基炭纤维的WAXD图谱与一般Lyocell基炭纤维图谱不同。选择质量分数为10％的炭黑添加量制备出的Lyocell基炭纤维其强度和模量分别比未填充炭黑的Lyocell基炭纤维提高22％和42％，大样实验已制备出强度和模量分别为0．8GPa和70GPa的炭纤维。     

聚丙烯腈分子链微观结构对聚丙烯腈基炭纤维性能的影响

聚丙烯腈是炭纤维的重要原材料.高质量的聚丙烯腈才有可能生产出高质量的原丝,而高质量的原丝是保证高质量炭纤维的必要条件.聚丙烯腈的分子量及其分布、等规度、共聚结构单元的比例及分布直接影响着聚丙烯腈的质量,进而影响原丝及其发纤维的性能.从聚丙烯腈分子链的微观结构(分子量及其分布、等规度、共聚结构单元的比例及分布)阐述了对炭...     

炭纤维开发与炭纤维原丝质量

我国研制炭纤维已有三十年的历史，至今未能形成规模化生产能力。就炭纤维质量和产量的综合指标与国外先进水平相比，仍有十二年左右的差距。我们差就差在原丝质量没有真正过关，不能规模化生产出优质炭纤维。当然，除原丝质量外还有其它因素。原丝质量是制约我国炭纤维工业化的“瓶颈”之处，攻坚已是当务之急。     

化学改性对PAN原丝及预氧纤维结构性能的影响

在各种温度和时间条件下，将本实验室纺的KPAN原丝进行连续化学改性处理，借助IR光谱、DSC、TG、X射线衍射等分析方法，选出了最佳的改性温度和改性时间，并对化学改性的原丝、预氧丝的性能进行了初步探讨。得出结论：化学改性能缩短预氧环化时间，缓解纤维的放热和吸热，优质原丝应具有高纯度、高强度、高取向度性质。本课题希望通过对原丝进行化学改性的方法，获取具有在商业上有广泛应用前景的预氧化纤维和炭纤维。     

聚丙烯腈原丝离线循环水洗工艺

通过设计新型自动控制水洗机,将筒管离线循环水洗技术应用到碳纤维用聚丙烯腈原丝水洗工艺中.降低了聚丙烯晴原丝中残留的DMSO(二甲基亚砜)溶剂量,减弱了其在原丝的拉伸、预氧化处理等过程造成的碳纤维结构缺陷、强度降低等不利影响.实验证明新方法明显提高了水洗效果,能够快速有效的降低原丝中DMSO残留量,并大大节约了用水量.     

PAN原丝性能对比及对碳纤维性能的影响研究

对采用不同的纺丝方法即湿法和干湿法纺制的原丝及碳纤维的性能结构进行对比,结果表明,由干湿法纺制的原丝以及最终生成的碳纤维的性能要优于由湿法纺制的原丝以及碳纤维的性能。     

伽马射线辐照改性聚丙烯腈原丝及聚丙烯腈基碳纤维的研究进展

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维由于性能优异、制备工艺简单,被广泛应用于各产业,但其存在表面化学惰性强、力学性能仍有很大提升空间等问题,为此研究人员提出了多种改性方法。其中,γ射线辐照是一种能够实现碳纤维表面活性和力学性能协同提高的改性方法,并且能够应用于PAN基碳纤维制备(PAN原丝)及其后处理全过程。本文概述了γ辐照对PAN原丝和PAN基碳纤维的微观结构、表界面性能和力学性能等方面的影响,重点总结了γ辐照下PAN原丝分子结构的演化机制,原丝辐照对成品碳纤维力学性能的影响,γ辐照下碳纤维不同微区结构演化和力学性能的关系,展望了未来γ射线辐照改性PAN基碳纤维的发展方向与前景。     

Carbon fibers modified with carbon nanotubes

Carbon nanotubes were used to modify a polyacrylonitrile (PAN) polymer solution before the manufacture of the carbon fiber precursor. The modified PAN fibers were spun from a dimethylformamide solution containing a small amount of single-walled carbon nanotubes. The fibers were characterized by thermogravimetry and optical and scanning electron microscopy. Structure, morphology, and selected properties of the composite polymeric fibers and the fibers after carbonization are characterized. The mechanical properties of the fibers are examined. It is found that nanotubes in the PAN solution have a strong tendency to form agglomerates that inhibit suitable macromolecular chain orientation of the carbon fiber precursor. Fibers manufactured from such a solution have similar mechanical properties to those from a pure PAN precursor, and after carbonization the resultant carbon fibers are very weak. A comparison of pure carbon fibers and those containing nanotubes reveals slight differences in their structural ordering.     

碳纤维及原丝用油剂研发及应用

介绍了聚丙烯腈基碳纤维及原丝用油剂的种类及其特性,论述了氨基改性硅油等几种碳纤维及原丝用主要油剂的研发进展。简述了国内碳纤维及其原丝用油剂的供需现状。讨论了国内外碳纤维专用油剂的发展趋势。     

创新是发展我国碳纤维工业的必由之路

我国研制ＰＡＮ基碳纤维已有３０多年历史。原因很多,但ＰＡＮ原丝质量没有真正过关是其主要原因之一。     

DSC Study on the Polyacrylonitrile Precursors for Carbon Fibers

Different polyacrylonitrile (PAN) precursor fibers that displayed various thermal properties were studied by using differential scanning calorimetry (DSC). Results showed that some commercial PAN precursor fibers displayed double separated peaks and these fibers were of high quality because of their process stability during their conversion to carbon fibers of high performance. Some fabrication processes, such as spinning, drawing, could not apparently change the DSC features of a PAN precursor fiber. It was concluded that the thermal properties of a PAN precursor fiber was mainly determined from its comonomer content type and compositions.