热稳定化过程中PAN纤维热应力与热化学反应的关联性

借助DSC、FTIR、EA、WAXD和热应力变化等表征手段,系统研究了六种聚丙烯腈（PAN）纤维在热稳定化过程中应力变化特征与纤维热化学反应的内在关联.结果表明：在热稳化定化过程中PAN纤维化学应力峰的起始温度和峰顶温度很好地对应了纤维DSC起始与峰顶的温度,因而可采用化学热应力表征PAN纤维环化的反应速率和程度.由于化学应力峰的变化与PAN大分子的组成、有序度、芳构化指数以及密度等特征结构参数的变化具有较紧密对应关系,意味着热应力可用于连续热稳定化过程中在线控制纤维的结构.     

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     

250℃下时间效应对PAN纤维热氧稳定化反应的影响及关联

借用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)、X射线衍射(XRD)和示差扫描量热分析(DSC)等手段,对比研究了热氧稳定化过程中250℃下时间效应与两种聚丙烯腈(PAN)共聚纤维及其炭纤维结构和性能之间的关联。研究结果表明,PAN纤维在250℃温区内停留超过9min时,最终热氧稳定化纤维的环化度(RCI)、体密度和芳构化指数(AI)的增加速率开始变小;炭纤维的孔含量(Vp)值与内部微晶的d002值开始增大,微晶排列的规整程度变差,缺陷增多,拉伸强度开始降低。     

热氧稳定化过程温度效应对PAN纤维径向氧元素扩散速率的作用

在梯度升温和恒温两种模式下,对聚丙烯腈（PAN）纤维进行了热氧稳定化处理,借助FTIR、核磁共振碳谱（13 C-NMR）、元素分析（EA）、DSC、X-射线能谱（EDS）、密度等多种表征手段系统研究了不同温度下热氧稳定化纤维皮-芯结构的形成机制和氧元素的扩散速率。研究结果表明：氧化反应速率小于氧的扩散速率时,PAN纤维...     

PAN纤维预氧化过程的结构变化及热行为

采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和差示扫描量热分析(DSC)研究了PAN纤维在预氧化过程的结构和热性能变化。结果表明:随着预氧化温度的升高,纤维的微晶尺寸增大,到220~230℃时达到最大,此后逐渐减小,原准晶结构逐渐被破坏。纤维的芳构化指数随预氧化温度的升高不断增大,PAN链状分子在逐渐演变成梯形环状分子结构,230℃和275℃是PAN原丝热稳定化的转折点。随着预氧化温度的升高,洋葱球非晶组织发生了结构演变。非晶化转变是从晶区边界开始,由外部向芯部逐步进行。纤维的环化度随着预氧化温度的升高表现为增大。在较低温度增加较快,随后增加变缓。230℃后,环化反应加剧,环化度迅速提高。     

氧对聚丙烯腈预氧化环化的促进机理

通过比较聚丙烯腈(PAN)纤维在空气条件下的热重分析(TG)及不同含氧量气氛中的差示扫描量热分析(DSC)结果,发现氧对PAN纤维有增重及对预氧化环化有促进作用。氧化增重是气氛中的氧对PAN分子链氧化的结果,氧化对PAN分子链螺旋结构的解旋有利于PAN预氧化环化。借助于纤维电子强力仪、显微镜等技术,测定了样品PAN的初始模量、断裂强度及断裂模量。统计结果表明,氧通过参加PAN分子链上的反应,促使PAN分子链的螺旋结构解旋,形成了非螺旋结构,有利于分子内的环化反应,提高了预氧化环化的速度及质量。     

生物炭纤维的形成机制（Ⅱ）——PAN基热氧稳定化纤维的炭化与活化研究

以聚丙烯腈共聚纤维制取了生物炭纤维（BCF）。考察了炭化活化过程中活化剂、热处理参数对BCF结构、性能的作用以及纤维序态结构、化学结构与生物炭纤维吸附特性、力学性能、电性能间的内在关联。研究结果表明：1）醋酸可作为活化剂，用于制备综合性能优异的BCF。2）BCF收率、力学性能、吸附特性、电性能等综合性能的变化与热处理温度、时间、活化剂的变化密切相关。3）BCF的化学组成，直径、取向度、微晶尺寸等形态、序态结构参数与BCF力学性能、吸附特性等使用性能的优劣具有密切关联，且均在500℃和活化前后出现不同的变化速率。重点控制这两个区域纤维结构变化速率有益于改善BCF的综合性能。     

高分子量聚丙烯腈纤维热稳定化过程中结构及性能演变

为了研究预氧化工艺对高分子量聚丙烯腈纤维结构和性能的影响,分别利用FTIR、广角X射线衍射仪、差式扫描量热仪及单丝强度细度仪等表征手段,通过对不同预氧化温度和时间下纤维的化学组成、晶体结构的演变、热稳定性、拉伸强度和模量的变化的研究,考察了预氧化工艺对纤维结构及性能演变的影响。研究发现,随着热稳定化温度的升高或稳定时间的延长,纤维原先线性分子链转变成环状结构部分增加,氰基组分残留率降低,纤维整体结晶度下降,结晶尺寸减小,热稳定性和碳化收率增加,纤维强度、模量逐渐降低。     

空气湿度对聚丙烯腈纤维稳定化过程的影响

空气湿度是影响聚丙烯腈(PAN)纤维预氧化过程中的重要环境因素之一,通过考察空气湿度对预氧化过程中纤维收缩率、预氧丝单丝直径、体密度及预氧丝力学性能的影响,结果表明空气湿度对预氧化过程有两种作用机制,一方面起塑化作用,有利于纤维在张力作用下的择优取向,有利于纤维单丝直径的细化,对双扩散有促进作用;另一方面则起钝化作用,阻碍大分子链段的构象调整,对预氧化反应有延迟作用,使预氧化反应以反应控制的方式进行,有利于均质预氧化纤维的形成。高温下空气相对湿度较之温度影响很小。     

氮气中环化热处理对聚丙烯腈纤维不熔化的影响

在聚丙烯腈(PAN)纤维不熔化过程中,由于受到热作用,分子链沿纤维轴向发生热收缩,分子解取向.在不熔化过程中抑制纤维的收缩,使分子保持较高的取向度,有利于得到具有较高微晶取向度的碳纤维.研究了聚丙烯腈纤维在氮气气氛下热处理后的化学结构变化,考察了氮气处理对纤维热收缩性的抑制.     

聚丙烯腈原丝的预氧化过程研究

采用密度分析、红外吸收光谱(FT-IR)分析仪、广角X射线衍射(WXRD)仪、差示扫描量热(DSC)分析仪和扫描电子显微镜( SEM)等手段,系统地研究了聚丙烯腈(PAN)原丝预氧化过程中的结构变化.结果表明,在预氧化过程中,PAN原丝的密度和相对环化率均增加,结晶尺寸先变大后变小,结晶度降低,说明环化反应先主要在非晶...     

PAN纤维环构化结构形成对温度的依赖性研究

在氮气气氛、100～260℃条件下对PAN纤维进行热处理,通过红外吸收光谱(FTIR)和固体核磁(13C-NMR)研究PAN分子在热处理过程中化学结构的转化,推测其发生的化学反应.研究表明,PAN大分子中腈基(C≡N)反应活化能较低,C≡N可以在较低温度下优先发生环化反应,150℃时首先生成C=N官能团;温度高于170℃,CH2/CH上发生脱氢反应,生成C=C官能团,同时,此C=C结构与已生成的C=N转化为六元环上的-C=N-C=C-共轭结构;温度高于260℃,六元杂环中的共轭-C=C-C=N-结构不稳定,它在分子内发生了异构化反应,转化成更稳定的-C-C=C-N-结构.     

聚丙烯腈基碳纤维原丝热稳定化研究进展

综述了近年来聚丙烯腈基碳纤维原丝热稳定化过程的研究进展,结合自己的研究结果系统地评述了热稳定化反应机理、预氧丝的微观组织结构以及工艺参数对热稳定化的影响,并在此基础上对聚丙烯腈纤维热稳定化的研究前景进行了展望.     

淀粉/聚丙烯腈共混改性纤维的研究

以二甲基亚砜(DMSO)/二甲基乙酰胺(DMAc)为复合溶剂,制备了淀粉(St)/聚丙烯腈(PAN)共混纺丝溶液,纺制了St/PAN共混改性纤维,分析和讨论了St/PAN纺丝溶液的混溶性,初步研究了St/PAN共混改性纤维的性能.结果表明,虽然St与PAN热力学不相容,但选用适当的复合溶剂,仍可制得具有较好动力学稳定性和纺丝可纺性的溶液,进而制备力学性能较好的St/PAN共混改性纤维.     

聚丙烯腈原丝预氧化过程中长周期结构的生成

通过在线实时采集预氧化过程中聚丙烯腈纤维二维小角X射线散射(SAXS)花样,利用环化反应导致的电子云密度改变产生的SAXS谱图变化,研究亚微米结构在环化结构形成过程中的温度依赖性。根据所建立的环化及未环化的两相模型,在对散射信息中的微孔结构和长周期结构的叠加信号进行合理分离的基础上,研究了预氧纤维中长周期结构的生成和演变过程。结果表明,预氧化初期产生的环化相与非环化相呈现周期性结构堆砌,并随着温度的进一步升高逐渐趋于均一体系。同时结合相关函数分析方法,计算了长周期结构中环化相和非环化相厚度等结构参数,提出了预氧化程度的小角X射线散射定量表征的方法。     

钛对FeAl金属间化合物高温氧化行为的影响

探究了钛元素对ＦｅＡｌ金属间合理化物在１０００℃和１１００℃大气环境下的循环氧化行为的影响。合金的氧化动力学过程通过增重法测定，氧化产物通过Ｘ射线衍射、能谱和扫描电镜等鉴定。实验结果表明，加钛和未加钛Ｆｅ－３６．５Ａｌ合金的氧化动力学曲线均可拟合为抛物线；（△Ｗ／Ｓ）＾２＝Ｋｐｔ＋Ｃ。加钛ＦｅＡｌ合金在１０００℃和１１００℃时的Ｋｐ值分别为２．４，３．３ｍｇ＾２ｃｍ＾－４ｈ＾－１。而未加钛Ｆｅａｌ     

PAN基碳纤维原丝的高锰酸钾改性(英文)

本文使用质量浓度为5%的高锰酸钾溶液对PAN基碳纤维原丝进行不同时间的改性,并利用不同的测试手段对经过改性的原丝进行了表征。相比未经改性的原丝,改性原丝具有较低的拉伸强度,在相当于预氧化(稳定化)温度范围的条件下释放的热量较少。这些实验结果表明,高锰酸钾溶液可以将高锰酸根离子引入PAN原丝内部,使其与丙烯腈单元发生反应,从而有利于纤维的氧化的环化反应。此外,本文还讨论了改性时间对原丝性能的影响。     

混酸处理对预氧化聚丙烯腈纤维结构和性能的影响

以化学改性的原理,用盐酸和硫酸的混合酸对预氧化聚丙烯腈纤维进行了处理,用红外光谱、DSC、元素分析、裂解色谱-质谱和强度的测定等手段对处理结果进行了研究。分析表明,经混酸处理后在纤维中引进的羧基能够使纤维在随后的高温处理中引发二次环化反应,使得聚合物分子链间的交联度增加、耐热性提高及高温裂解得到抑制,致使最终炭纤维的强度提高了16.3%。     

碳纳米管/聚丙烯腈基复合材料的热导率研究

采用原位聚合法制备了碳纳米管/聚丙烯腈(CNT/PAN)复合材料,用MDSC的测试方法研究了复合材料的热性能,并由此推导了复合材料的热导率.应用Cheng-Vachon、Nielsen-Lewis和Okamoto-Ishida 3种导热理论模型对CNT/PAN复合材料的热导率进行估算.对比实验测试与导热理论模型的计算结果,考虑到碳纳米管在聚合物基体中的分散和取向情况,得出Nielsen-Lewis理论在低填充含量及室温条件下可以较准确地估算无规分散的CNT/PAN复合材料体系的热导率.