溶解法分级聚丙烯腈纤维精细结构

采用不同浓度的二甲基亚砜水溶液对聚丙烯腈(PAN)初生纤维进行溶解分级处理,利用紫外光谱定量研究溶解液中组分含量,凝胶渗透色谱、X射线衍射和差示扫描量热仪研究PAN初生纤维中不同组分的分子结构、结晶结构和热性质特性。研究结果表明,随着二甲基亚砜浓度的增加,溶解液的吸光度逐渐增大,说明可通过调整溶解能力将PAN纤维分成不同级分;未溶解PAN纤维的相对分子质量逐渐增大,(110)晶面(29°衍射)出现,表明纤维分子结构链段增长及规整性增加。说明进入低浓度溶液的组分,相对分子质量低且排列规整性差,反之亦然。采用溶解法可将干湿法PAN初生纤维结构逐次分级及定量,再结合常规纤维结构表征方法,可研究纤维更精细的结构。     

晶态结构对聚丙烯腈(PAN)原丝预氧化反应的影响

对不同晶态结构特点的聚丙烯腈(PAN)原丝进行预氧化处理,采用X射线衍射(XRD)、红外光谱法表征PAN纤维的晶态结构(物理)和化学结构变化。结果表明,PAN原丝的晶态结构影响预氧化反应及反应程度,结晶度小的PAN原丝由于其有序性差,易于向预氧纤维芳构化结构转化,而结构疏松,有利于氧的扩散,促进环化反应和初期氧化反应,PAN纤维芳构化指数和相对环化率都较高,预氧化反应程度较高;原丝结晶度的差异对纤维晶粒尺寸的变化起决定性作用,结晶度大的PAN原丝到预氧化后期仍保持较大的晶粒尺寸。     

硅系油剂对PAN纤维预氧化的影响

改变聚丙烯腈(PAN)纤维纺丝工艺,制得无油纤维和含油纤维,在空气气氛下对两种纤维进行预氧化处理。借助体密度、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线衍射仪(XRD)等测试手段,通过表征PAN纤维的预氧化程度,揭示硅系油剂的作用。结果表明,硅系油剂在190℃～250℃温度区间,即本论文讨论的预氧化反应全程,不发生化学反应,依然均匀涂覆在PAN纤维的表面;在预氧化反应的前期(190℃～220℃),纤维表面的油剂阻碍热的传递和氧的扩散,使得含油纤维的体密度、环化度、相对环化率和芳构化指数均低于无油纤维;在预氧化后期(220℃～250℃),由于前期油剂对预氧化反应的抑制,使得前期形成的结构有利于氧的扩散,表象上硅系油剂在预氧化后期起着促进的作用。     

凝固条件对PAN初生纤维微结构的影响

通过湿法纺丝工艺制备聚丙烯腈(PAN)初生纤维,借助于X射线衍射仪、声速仪、扫描电子显微镜、小角X光散射仪等,研究了凝固浴温度、凝固浴浓度、喷丝头拉伸等凝固条件对初生纤维晶态结构、取向结构、形态结构的影响。结果表明:PAN纤维的凝聚态结构和形态结构在初生纤维形成时已基本形成;PAN初生纤维的结晶度达40%以上,其结晶度和结晶尺寸受凝固浴温度和浓度的影响;PAN初生纤维和原丝的晶区取向和全取向随着喷丝头拉伸的增大而增大;PAN初生纤维具有沿纤维轴向高度取向的沟槽,通过改变成形条件,可以获得沟槽浅且规整性完美的纤维表面;提高凝固浴浓度,可以形成结构均质、致密的PAN初生纤维,避免皮芯结构及芯部出现较多孔洞。     

柔性石墨复合材料的制备及性能研究

采用热压法制备出不同种类树脂－柔性石墨复合材料,研究了树脂种类与用量对复合材料的体积密度、肖氏硬度、电阻率、压缩率及回弹率等性能的影响;利用SEM分析了树脂含量对复合材料表面形貌的影响。结果发现,呋喃－柔性石墨复合材料的综合性能最佳。     

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。     

硫氰酸钠水溶液体系的聚丙烯腈溶液凝固行为

硫氰酸钠（NaSCN）溶剂路线是国外制备高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纤维原丝成熟的纺丝工艺路线，该技术在国内碳纤维领域尚处于发展阶段。文中采用流变仪、红外光谱研究了PAN在不同质量分数NaSCN水溶液中形成的聚合物溶液的流变性能和PAN大分子状态；溶液中NaSCN质量分数的提高，PAN溶液的黏度先减小后增大，在51%NaSCN溶液中PAN溶液的黏度最低、，用光学显微镜和X射线衍射研究了NaSCN水溶液为溶剂的PAN溶液凝固行为。研究发现，51%NaSCN溶液中，PAN大分子以最舒展状态存在，PAN分子链的31螺旋构象更多，这与溶液中硫氰酸根主要以异硫氰酸根（—N=C=S）存在有关，PAN的氰基与异硫氰酸根的—N=C形成桥键结构。随着聚合物溶液中NaSCN质量分数增加，凝固剂水在PAN溶液中的扩散速率增加，PAN溶液凝固结晶程度先增大后减小，在质量分数为51%的NaSCN水溶液中，PAN的凝固结晶规整度更优异，这与PAN以解缠伸展状态存在相关，由于流动活化能更低，PAN溶液更易发生相转变。