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。     

聚丙烯腈原丝的预氧化过程研究

采用透射电子显微镜(TEM)、差示扫描量热(DSC)分析仪、红外吸收光谱(FTIR)分析仪和元素分析仪等为主要手段,系统地研究了聚丙烯腈预氧化过程中结构的变化过程。结果发现：在预氧化过程中,聚丙烯腈原丝主要进行化学结构变化和形态结构的重排,首先在无定形区引发环化反应,然后扩展至有序区,最终形成耐热的梯形环化结构。预氧丝的片层组织是由原丝片层结构演变过来的,随着预氧化温度的升高,片层状形态增多,特别是预氧化后期更多     

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。     

聚丙烯腈原丝的预氧化

主要阐述了预氧化反应的机理、改善预氧化的方法和与预氧化研究相关的表征技术,制备高性能碳纤维所需预氧丝的预氧化程度,以及预氧化工艺和预氧丝的表征参数与最终碳纤维性能的关系。     

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。     

PAN预氧化纤维结构与热处理温度的关系

在空气气氛中不同温度下对聚丙烯腈(PAN)原丝热处理8 h,制得PAN预氧化纤维。借助差示扫描量热分析、红外吸收光谱、X射线衍射、固体核磁等测试手段,表征了不同温度处理的PAN纤维的预氧化程度,研究了PAN预氧化纤维的结构特点。结果表明:不同温度下PAN纤维的预氧化程度不同,随着温度的提高而提高;PAN纤维预氧化程度不同,缘于不同温度下预氧化反应差异造成的预氧化结构的不同;预氧化温度越高,未环化的C≡N结构中共轭的C≡N结构相对含量越多,不利于进一步环化;环化反应在190~220℃较剧烈,在220℃以后反应趋于缓和;脱氢反应在190~210℃比较缓慢,在温度高于220℃开始剧烈进行;190℃以上发生氧化反应。     

聚丙烯腈纤维连续预氧化过程的研究—纤维的物化行为

采用密度、元素分析、广角X射线衍射等多种测试分析方法对制备碳纤维的聚丙烯腈原丝纤维在连续预氧化过程中的物化行为进行了表征研究。实验结果表明,聚丙烯腈纤维的物化行为大致可分为三个区域。Ⅰ区,纤维主要表现为物理行为,即产生熵收缩;Ⅱ区,纤维内的预氧化反应迅速进行,逐渐形成梯形环化结构及鞘芯结构;Ⅲ区,纤维中的预氧化反应趋于缓和,逐渐达到稳定化。     

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％。     

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。     

硫酸处理聚丙烯腈预氧化纤维的研究

采用不同浓度的硫酸对聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维进行处理。介绍了硫酸对PAN预氧化纤维的作用机理,探讨了硫酸浓度和处理时间对PAN预氧化纤维结构和质量的影响。通过扫描电镜(SEM)观察并定量评价纤维皮芯结构。借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)手段对硫酸处理的PAN预氧化纤维的化学组成和晶体结构进行表征。结果表明:PAN预氧化纤维经过不同浓度硫酸处理后,通过SEM能够观察到预氧化纤维的皮芯结构,经98%硫酸处理2 min后出现孔洞,在10 min后芯部比例为10.9%,趋于稳定;在硫酸处理过程中,纤维中氰基发生水解,环化结构(C=C/C=N)特征吸收峰因化学环境的改变而红移;PAN微晶结构受到硫酸破坏,预氧化纤维环化结构仍然保存。     

增塑熔纺聚丙烯腈纤维的预氧化过程

以增塑熔纺聚丙烯腈(PAN)纤维为研究对象,借助于傅里叶变换红外光谱对其结构以及预氧化过程中官能团的变化进行了分析研究,并进一步研究了预氧化温度和时间对反应程度的影响。研究结果表明:熔纺PAN纤维在纺丝过程中已发生了部分环化,其环化度为0.18;反应程度随着预氧化温度的升高逐渐增大,但在230℃之后变化不明显;预氧化时间对预氧丝的反应程度具有类似的影响,在预氧化20 min时反应程度迅速增大,但进一步延长预氧化时间,预氧丝的反应程度增幅较小。     

光密度法研究预氧化工艺对纤维皮芯结构的影响

通过光密度法研究了预氧化过程中温度和时间对聚丙烯腈(PAN)基预氧化纤维皮芯结构形成和演变的影响,发现在恒定温度下对纤维进行预氧化时,250℃是纤维皮芯结构产生的温度分界点;且皮芯结构的产生具有明显的时间依赖性。同时,也跟踪了预氧化过程中纤维的氧含量变化。当预氧化温度提高后,纤维预氧化过程由反应控制转变为氧扩散控制。为了制备结构均匀的预氧化纤维,在控制纤维氧含量的同时,也应控制皮芯结构的形成。     

聚丙烯腈原丝中毛丝的结构与性能研究

采用扫描电子显微镜和纤维强伸度仪研究了聚丙烯腈（PAN）原丝中毛丝的微观结构和力学性能。结果表明,与正常原丝相比,毛丝直径较细,表面缺陷较多,力学性能较差;纺丝过程中的机械损伤是导致毛丝产生的直接原因;但导致毛丝产生的根本原因是因为PAN原丝本身纤度不均匀。指出从减少机械损伤和提高纤度均匀性两方面着手控制PAN原丝中毛...     

聚丙烯腈纤维纺丝油剂对碳纤维性能的影响

研究了3种聚丙烯腈纤维油剂对原丝纺丝、预氧化和碳化过程的影响。结果表明:纺丝上油率与上油浓度成正比,二油工序纤维上油率受油剂浓度影响大;油剂对预氧化反应有阻碍作用,上油率越大,阻碍作用越大,但其可使预氧化过程易于控制;使用油剂可提高碳纤维的力学性能,与未上油原丝制得的碳纤维相比,上油率为1.0%时,3种油剂使碳纤维拉伸强度分别提高了8.81%、9.85%和11.74%。     

硼酸改性对聚丙烯腈纤维预氧化的影响

通过在线监测聚丙烯腈(PAN)纤维的热收缩应变和应力,研究了硼酸改性对PAN纤维预氧化的影响。试验结果表明:随着硼酸溶液浓度的增加,PAN纤维化学反应的起始和结束温度向高温方向移动,化学收缩量降低,预氧化纤维体密度逐渐降低,硼酸对PAN纤维化学反应有抑制作用;硼酸对分子内环化和分子间交联反应的抑制可有助于预氧化纤维均质化程度的提高,并可防止PAN纤维表面在较高温度下被过度氧化。     

油剂对碳纤维生产中聚丙烯腈原丝预氧化过程的影响

研究了碳纤维生产中两种油剂分别对聚丙烯腈原丝预氧化过程的影响。结果显示：在预氧化过程中,采用的两种油剂均具有良好的物理隔离作用,原丝单丝间均未出现粘连或并丝现象,原丝表面也未见磨损;氧含量、密度和相对环化率数据表明,在预氧化过程中,2＊油剂包覆原丝的预氧化程度比1#油剂的高,这种现象在预氧化初期和终期尤为明显;最终碳纤...     

金属络合型聚丙烯腈抗菌消臭纤维的结构与性能

利用含多官能团聚丙烯腈纤维和不同金属离子反应 ,制备了一种金属络合型聚丙烯腈抗菌消臭纤维 ,并测定了其抗菌消臭性能。结果表明 :该纤维不仅含有多种含氮、含氧、杂环等官能团 ,且形成金属络合物 ,对不同菌类具备优异的杀菌活性 ,并具有抗菌谱广 ,作用时间持久和效率高等特点。     

臭氧预氧化聚丙烯腈纤维工艺条件的研究

通过在线监测聚丙烯腈纤维的热收缩行为,对臭氧预氧化工艺条件进行了研究。实验结果表明:超过150℃通入臭氧会引起纤维分子链断裂,对预氧化不利;低温下恒温,臭氧预氧化效果不明显;恒温温度过高,加快了臭氧的分解,臭氧预氧化的效果也不明显,因此最佳的恒温温度应为125℃。同时对恒温时间进行了优化,发现当恒温时间达到1h,臭氧会引起晶区PAN纤维分子链的断裂,对预氧化不利,因此最佳恒温时间应为0.5h。     

聚丙烯腈原丝的结构表征

叙述了聚丙烯腈(PAN)原丝的大分子构型、超分子结构和形态结构;研究了PAN的组成、立体规整性、结晶结构、取向结构、横截面和表面形态、皮芯结构、孔隙及缺陷等对性能的影响规律;认为优化原丝工艺、提高原丝质量是制备高性能碳纤维的关键。