聚丙烯腈基碳纤维的研究进展

本文简要介绍了聚丙烯腈基碳纤维的国内外发展历程和现状,碳纤维及其复合材料的应用进展,详细介绍了碳纤维生产工艺包括原丝制备、预氧化、碳化的一些新进展,并对我国聚丙烯腈基碳纤维的发展提出了一些建议。     

静电纺丝制备聚丙烯腈纳米碳纤维

利用静电纺丝制备连续的聚丙烯腈纳米碳纤维;介绍了静电纺丝的原理、影响静电纺丝的主要因素以及制备纳米碳纤维、纳米活性炭纤维、纳米碳纤维复合材料的方法和原理;分析了静电纺丝产率低,难以得到单向平铺的纤维等问题,影响静电纺丝的参数主要有溶液特性、纺丝工艺参数、纺丝环境参数。由静电纺丝得到纳米聚丙烯腈纤维,然后再经预氧化和碳化制备纳米碳纤维,或把纳米纤维预氧化,经活化、碳化制备纳米活性炭纤维。并指出纳米碳纤维具有巨大的潜在应用空间。     

静电纺丝法纺制纳米级聚丙烯腈纤维毡

介绍了用静电纺丝法纺制纳米级聚丙烯腈纤维毡的方法,分析了纺丝工艺条件与纤维的直径及初生纤维的溶剂残留量的关系并探讨了采用二甲基甲酰胺及适量的丙酮为复合溶剂对纤维性能的影响.     

聚丙烯腈基超细碳纤维毡的制备及其表征

采用静电纺丝法制备了不同黏均分子质量(Mη)的聚丙烯腈(PAN)超细纤维毡,并通过280℃预氧化和900℃碳化进一步制备超细碳纤维毡。讨论了Mη对纤维制备的影响,发现PAN的Mη大于3×105则不利于静电纺丝,小于5×104则纤维毡发脆,无法进一步加工处理成碳纤维毡。用场发射扫描电镜、红外光谱、X-射线衍射对纤维毡进行表征,结果表明:随着PAN相对分子质量的升高,碳纤维的直径和得率增大。此外,抗拉强度测试表明:随着相对分子质量的增大,超细碳纤维毡的抗拉强度增加。     

聚丙烯腈基碳纤维原丝

认为碳纤维的品质在很大程度上决定于原丝。工业上,碳纤维原线目前仍以聚丙烯腈基长丝为主。制作优良品质原丝的重要因素有聚合物化学组成、分子量、原丝洁净程度、纺丝方法及工艺、拉伸工艺、原丝致密化程度、油剂等。综述了几家原丝制造商各自拥有的技术特色。并举例说明了其中的典型技术。     

江苏聚丙烯腈基碳纤维项目开工

该项目位于江苏省丹阳市经济开发区．引进意大利的高端原丝技术和美国的碳化生产线．采用连续聚合二甲基亚砜（DMSO）一步法湿法纺丝、下游直接碳化工艺生产碳纤维产品。建成后．形成年产7500吨聚丙烯腈原丝和3000吨聚丙烯腈基碳纤维能力。项目总投资15．89亿元。建设周期2008年2月-2009年。     

油剂在聚丙烯腈基碳纤维中的应用

以丙烯腈、衣康酸为共聚单体反应制得聚丙烯腈原丝，通过调整上油工艺控制原丝的含油率，讨论了4种油剂对原丝性能及预氧化效果的影响。结果表明：经上油处理的原丝断裂强度和断裂伸长率升高；预氧化过程毛丝和断丝较少，无熔粘；预氧化环化反应程度不同，与国外预氧丝相比密度偏低。改性氨基硅油基本达到碳纤维专用油剂的性能，可用于聚丙烯腈原丝生产，制备高性能碳纤维。     

预氧化温度对聚丙烯腈纳米纤维结构和性能的影响

通过静电纺丝法制得聚丙烯腈纳米纤维毡,再经过不同的预氧化温度得到预氧化程度不同的纳米预氧化毡。分析了在预氧化毡制备过程中预氧化温度对预氧化毡的结构和性能的影响。研究结果表明:随着温度的升高,拉伸性能和含水率逐渐增强,质量损失率在220～250℃之间快速提高。另外,环化度在220～250℃之间增加得特别快,环化反应主要发生在220℃左右,250℃环化反应基本完全;265℃得到预氧化程度较佳的预氧化毡。     

静电纺PAA/PAN复合碳纤维膜的制备及其性能研究

采用不同结构的二酐、二胺单体设计制备了含对称结构单元和含不对称结构单元的聚酰胺酸(PAA),通过静电纺丝分别制备PAA、聚丙烯腈(PAN)、PAA/PAN复合物的纳米纤维膜(ENFs),将ENFs在空气中热稳定化后,在1 000℃的氮气气氛中碳化,制成不同前驱体的静电纺碳纳米纤维膜(ECNFs);研究PAA结构单元的对称性及PAA与PAN的复合对ENFs的热稳定化、碳化行为以及ECNFs导电性能的影响。结果表明:含不对称结构单元PAA的ENFs碳化收率较高,制备的ECNFs石墨微晶尺寸较大;将含不对称结构单元PAA与PAN复合时ENFs在1 000℃碳化时质量保持率达45%,且得到的ECNFs的石墨微晶尺寸与平均堆叠层数分别达1.69 nm和4.71,优于其他前驱体的ECNFs的微晶结构;PAA中的不对称结构单元及其与PAN的复合都有助于提升ECNFs的电导率,复合物的ECNFs的电导率最高可达9.08 S/cm;含不对称结构单元PAA与PAN形成了良好的协同碳化效应,可促使ECNFs的石墨晶粒的堆积和生长,提高ECNFs的导电性能。     

静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维及其预氧化

利用聚丙烯腈／二甲基甲酰胺纺丝溶液由静电纺丝制备了聚丙烯腈纳米纤维,纳米纤维的直径在220～760nm。随着聚合物溶液浓度和纺丝施加电压的升高,纳米纤维的直径变大。采用热分析和热重分析研究了纳米纤维的热性能,还用红外光谱对纳米纤维预氧化过程分子化学结构的变化进行了表征,结果表明,纳米纤维有一个很尖锐的放热峰,是聚丙烯腈均聚物典型的放热峰。随着预氧化温度的升高,纤维的内部分子结构发生了变化,表现在红外光谱上最突出的是C≡N在2243～2241cm^-1峰的降低,以及C—H在1684cm^-1峰的降低。     

聚丙烯腈初生纤维凝固过程中“皮·芯”结构的研究

通过建立PAN湿法纺丝丝条凝固过程中“皮·芯”结构模型,对PAN湿法纺丝凝固过程进行模拟。结果表明,喷丝头附近的凝固浴浓度降低时,有利于提高纺丝速度和喷丝头拉伸比。     

PAN基碳纤维的制造及应用

介绍了PAN基碳纤维的制造方法、主要用途、国内外发展概况及在我国发展PAN基碳纤维的一些建议。     

PAN基预氧化纤维碳化过程中结构与性能变化

综合论述了聚丙烯腈(PAN)基预氧化纤维在碳化过程中的物理化学变化,包括裂解气体、化学反应以及由此引起的纤维结构、强度、弹性模量、断裂延伸率、直径、体密度、断裂方式的变化。     

静电纺丝制备纳米级纤维的研究

首先介绍了静电纺丝制备纳米纤维的原理及其影响因素,然后归纳、总结了当前国内外静电纺丝制备纳米纤维的研究内容,并对今后的研究提出了建设.     

聚丙烯腈基碳纤维原丝在干湿法纺丝中溶剂扩散过程的研究

聚丙烯腈基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀的优良性能,广泛应用于化工、机械、造船等方面。在聚丙烯腈基碳纤维的干湿法纺丝中,纺丝原液进入凝固浴后发生的溶剂扩散过程对聚丙烯腈基碳纤维原丝的结构和性能有重要影响。通过Fick定律建立了纺丝液溶剂扩散的数学模型,得出了溶剂沿纤维原丝的径向分布,还讨论了各种因素对溶剂质量分数分布的影响。     

电纺PAN纳米纤维的碳化工艺研究

研究了电纺方法制备的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维的碳化工艺。利用热重/差热(TG/DTA)分析仪对其升温过程中的物理化学反应过程进行了分析,讨论了在空气和氮气两种氛围内原纤维的热氧化、分解过程,发现在290℃附近PAN纤维发生强烈的氧化反应,温度达到930℃时,原纤维几乎完全转化为碳纤维。利用扫描电镜(SEM)和Raman光谱仪对不同温度下稳定化和碳化处理得到PAN基碳纤维进行了深入的研究,得到了电纺PAN原纤维碳化的工艺规律。     

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.     

静电纺丝制备聚己内酯载药纤维工艺参数研究

选用聚己内酯作为载体材料、5-氟尿嘧啶作为承载药物,研究了静电纺丝过程中纺丝液浓度、纺丝电压及收集距离对纤维直径的影响,对制备的聚己内酯载药纤维膜进行元素检测分析及力学性能测试,通过体外药物释放实验,验证了聚己内酯载药纤维膜药物控释的效果.结果表明,随着纺丝液的浓度和收集距离增加,纤维的平均直径增大;随着纺丝电压增加,...     

熔体微分静电纺丝法制备聚丙烯共混超细亲水纤维

利用自制熔体微分静电纺丝装置,将聚丙烯(PP)与3种亲水改性剂——纳米碳酸钙、十二烷基苯磺酸钠和亚雷森7008进行共混,成功制备了PP共混超细亲水纤维,并对纤维的亲水性能进行测试。结果表明:制备的纤维的直径主要集中在2~6μm,有效产量约为9 g/h;亚雷森7008的亲水改性效果最好,当亚雷森7008质量分数为5%时,单位质量共混纤维的吸水率为1269%,输水速率为3.48g/(min?g);随着改性剂含量的增加,纤维直径先增大后减小,芯吸高度增加,亲水改性效果更好。