化学改性对聚丙烯腈纤维及预氧纤维结构性能的影响

对聚丙烯腈纤维进行了化学改性,借助差示扫描量热分析（DSC）、定量傅立叶红外光谱（FT-IR）、平衡含水率、密度、力学性能等分析方法,对比研究了改性纤维、预氧化纤维、碳纤维与未改性纤维的结构性能的变化。研究表明：化学改性可促使聚丙烯腈纤维较未改性纤维初始环化反应温度前移,终止温度后移,从而有效缓解纤维在预氧化过程中的集中放热,有利于纤维结构和质量的控制;经硫酸羟胺改性后的纤维较未改性纤维制得的碳纤维抗拉伸强度提高16.3％。     

聚丙烯腈纤维预氧化前处理研究进展

综述了前人在聚丙烯腈原丝预氧化前处理方面的研究成果,介绍了前处理的作用机理及作用效果。研究发现,聚丙烯腈原丝的改性处理可显著提高纤维的结构和性能,并影响原丝在预氧化过程中的热力学和动力学,进而影响最终碳纤维的质量。     

氨化改性对IA-AN聚合及PAN原丝热性能的影响

研究了衣康酸和丙烯腈共聚时NH3的加入对聚合反应速率的影响 ,并借助DSC和TG等测试方法分析了氨化处理对聚丙烯腈原丝热性能的影响。结果表明 :单体浓度最好控制在 2 2 %左右 ,IA氨化改性后 ,与AN的共聚反应速率提高 ,纺丝液和原丝的亲水性能明显增加 ,NH3改性条件下原丝的热性能与改性前相差不大 ,尚不足以形成双峰     

突破原丝瓶颈是碳纤维产业化的必备条件

聚丙烯腈（PAN）原丝制约着碳纤维的质量、产量和价格,是碳纤维产业化的龙头老大。我国研究PAN基碳纤维已有30多年历史,至今未能产业化,其主要原因之一是我国PAN基原丝质量没有真正过关。所以,突破碳纤维产业化的原丝“瓶颈”已是当务之急。     

聚丙烯腈原丝结构与性能的研究

采用日本聚丙烯腈原丝及国产聚丙烯腈原丝 ,通过纤维强度、伸长率、线密度、纤维相对分子质量和溶液性能等常规分析 ,以及 DSC、TG、IR分析 ,C、N、H元素分析 ,X射线和扫描电镜分析 ,找出日本原丝与国产原丝在强伸度、分子质量、元素含量、结晶度及其表面形貌等结构与性能的差别 ,从而为深入了解其结构与性能的关系和进一步提高我国原丝的质量提供科学依据。研究结果表明 :日本原丝较之国产原丝具有较高的断裂强度、较低的断裂伸长率 ,较高的分子质量、结晶度及取向度等优良性能。     

碳纤维前驱体聚丙烯腈原丝的亲水改性研究

传统方法中一般采用衣康酸(IA)与丙烯腈(AN)共聚合来制备纺丝原液。笔者用衣康酸铵[(NH4)2IA]取代IA与AN共聚。与P(AN-co-IA)相比,P[AN-co-(NH4)2IA]的亲水性明显提高,相应的,P[AN-co-(NH4)2IA]原丝在蒸汽牵伸过程中能承受更高牵伸比,因而纤度低,强度高。笔者研究了(NH4)2IA取代IA后,聚合反应速率和聚合物分子量的变化。并时反应产物进行了亲水性能测试和DSC分析。亲水改性是提高聚丙烯腈原丝性能的一条有效途径。     

聚丙烯腈原丝中二甲基亚砜残留对碳纤维性能的影响

通过对水洗条件的改变,考察了PAN原丝中溶剂二甲基亚砜残留量对碳纤维性能的影响。在原丝中溶剂残留量较高的情况下,碳纤维的密度和强度大幅下降,同时原丝的截面形状和表面形态遭到破坏,影响了碳纤维的性能。     

纺丝成形工艺和条件对PAN原丝中孔隙的影响

孔隙是聚丙烯腈基碳纤维原丝的一种十分重要的形貌结构,与最终得到的碳纤维的性能密切相关。文章分析和讨论了纺丝成形中原丝孔隙的成因和演变以及对碳纤维性能的影响,并简介了几种表征原丝孔隙的方法。     

高性能碳纤维原丝与油剂

油剂是生产高性能原丝和碳纤维的重要辅剂。它在单丝表面均匀成膜,既可防止单丝之间粘连和并丝,也可防止在生产过程中纤维表面与辊筒的摩擦与磨损,从而有效避免纤维表面产生缺陷,是提高原丝和碳纤维性能的有效技术措施之一。     

溶剂中金属离子对聚丙烯腈基碳纤维及其原丝的影响

金属离子的含量对碳纤维及其原丝的质量有很大的影响。分析了溶剂二甲基亚砜(DMSO)中金属离子含量对聚丙烯腈(PAN)原液聚合、原丝及碳纤维性能的影响。试验表明:DMSO中金属离子的存在,会在聚合源头处影响聚合反应,造成物料均一性、可纺性、可牵伸性下降,使原丝及碳纤维性能下降;而几种金属离子中,铁离子的干扰破坏性最大。     

聚丙烯腈原丝预氧化过程中的结构与性能变化

综述了聚丙烯腈原丝在预氧化过程中的结构与性能变化规律,总结了预氧丝的表征方法。指出预 氧化过程中影响纤维结构与性能变化的主要因素有预氧化温度、预氧化时间和对纤维的拉伸倍数等。     

高性能PAN原丝计算机仿真与信息管理系统开发

以聚丙烯腈（PAN）原丝实际生产过程为研究对象。以溶液聚合和湿法纺丝为基础。模拟PAN原丝纺制条件,设计开发了一套PAN原丝计算机仿真与信息管理系统。基于Windows视窗编程技术,利用VB和Access数据库。该系统将信息管理,工艺制订,性能预测,在线帮助等功能融为一体,界面友好,操作方便。利用该系统对现场生产过程进行仿真研究,仿真结果和实际测试结果比较表明,系统仿真精度误差小于5%,应用效果良好。     

PAN基碳纤维原丝产品均质性研究

从纺丝生产工艺方面对聚丙烯腈(PAN)原丝产品均质化的影响因素进行了试验探讨。研究表明:优质的PAN原丝是碳纤维发展的基础,而均质化差的PAN原丝将导致原丝产品质量的性能缺陷及生产波动,极大的影响原丝的加工性能。     

The influence of cobaltous chloride modification on physical properties and microstructure of modified PAN fiber during carbonization

Modification of polyacrylonitrile (PAN) fibers with cobaltous chloride has increased crystal size, crystallinity, and density, and also improved tensile strength and modulus of the resulting carbon fibers. In this study, the effect of cobaltous chloride modification on the physical properties, microstructure, and elemental composition of PAN fibers during the carbonization process was examined. The resultant carbon fibers developed from modified PAN fibers had a lower formation temperature of carbon basal planes than those fibers that developed from the original one. The modification process not only improved the tensile strength but also increased the tensile modulus by about 15% of the resulting carbon fibers at carbonization temperature of 1300°C. A higher stacking size (L_c), or a greater carbon basal plane in crystalline, is one of the reasons to improve the modulus and conductivity of the final carbon fibers. The modification process also increased the electrical conductivity by about 15% at 1300°C and by about 150% at 2500°C. © 1998 John Wiley & Sons, Inc. J Appl Polym Sci 70: 2409–2415, 1998     

PAN原丝性能对碳纤维强度影响的探讨

探讨了聚丙烯腈原丝(PAN)的共聚组分、纯化、取向等方面对碳纤维强度的影响。国内外的研究表明:在原丝的制造过程中,可以通过调整原丝的共聚组分,原丝的高纯化、致密化、高取向和高强化,采用先进的油剂等几个方面来提高PAN原丝的性能和品质。     

二甲基亚砜法与硝酸法生产聚丙烯腈原丝的优劣比较

从溶剂性质、原丝结构性能以及所制备的碳纤维性能等方面,对二甲基亚砜（DMSO）法与硝酸（HNO3）法生产的两种原丝进行比较,找出并分析两种溶剂生产的聚丙烯腈（PAN）原丝在密度及结构均一性等方面的区别。研究表明,DMSO法PAN原丝具有强度高、取向度高等优点,DMSO法更有利于提高碳纤维用PAN原丝质量。     

影响碳纤维用聚丙烯腈原丝水洗效果因素的探讨

水洗是碳纤维用聚丙烯腈（PAN）原丝生产过程中的重要环节,其效果好坏将直接影响碳纤维强度的高低。实验结果表明：在选择共聚单体组分时,要充分考虑共聚单体时聚合物亲水性的影响,有利于提高水洗效果;聚合物相对分子质量过高,会影响水洗效果;纺丝液中总固含量过大会增加水洗难度;采用梯度水温,外加浸洗与喷淋相结合方式对碳纤维用PAN原丝的洗涤效果较好,水的用量不会太大;对PAN纤维多段牵伸后水洗效果较好。     

PAN原丝至碳纤维缺陷的形成与遗传性

利用扫描电镜（SEM）研究了聚丙烯腈（PAN）原丝至碳纤维结构形态转化过程中缺陷的形成与遗传,结果表明,PAN初生纤维,原丝,预氧化纤维和碳纤维的表面缺陷主要包括沟槽,横纹,粘丝、并丝、杂质、划伤和孔洞等,PAN初生纤维和原丝的内部缺陷主要是皮芯结构、芯部疏松和孔洞,皮芯结构由凝固浴中纤维的双扩散所导致,一直保留到原丝、预氧化纤维直到碳纤维中,可以通过调整凝固的工艺参数增大原丝皮层比例,提高芯部致密性,内部孔洞的形成与扩散和相分离速率有关,可以通过改善致密化和蒸汽拉伸工艺来减少孔洞和减小孔洞尺寸,预氧化纤维中的皮芯结构的形成归因于原丝的遗传和氧的不均匀扩散.     

聚丙烯腈纤维片层组织结构演变历程的研究

为了研究原丝中片层微观组织的演变性,借助电子显微镜,跟踪了片层组织结构在纺丝、预氧化和炭化过程中所发生的变化。结果发现:原丝由取向不同的片层组织结构构成,形成最终碳纤维后,碳层不会在C轴上做有规则的ABA式堆砌,个别的碳层面绕C轴发生旋转而失去碳层的三维有序结构,仅仅生成二维有序的乱层结构。预氧化纤维有“皮芯结构”,外层由与纤维轴平行或者倾斜成一定角度的微纤片层结构组成,而内部是杂乱无章的片层结构,或者是微小的空隙,皮层的厚薄与预氧化处理方式有关。经过1000℃烧制的碳纤维层片厚度约为0.03~0.10滋m。经过1350℃炭化后所得的纤维,由许多类似鱼鳞的片层构成,片层上有纳米级的微晶。