氧化聚丙烯腈纤维

<正> 氧化聚丙烯腈纤维——国内亦称"预氧丝"是生产碳纤维的中间产品,也可以作为独立产品出售。近十年来英国、联邦德国、日本、以色列、美国、南朝鲜等均有工业化产品销售。将带有羧基的乙烯类单体为共聚组分的腈纶大丝束在210—280℃的空气中控制张力     

聚丙烯腈纤维及其预氧化前处理的研究进展

综述了聚丙烯腈纤维的预氧化前处理研究,并介绍了近年来我国聚丙烯腈纤维的最新研究进展,最后指出了今后聚丙烯腈纤维的发展方向。     

一种表征聚丙烯腈纤维预氧化程度的新方法

在工业化连续碳纤维生产线上,对干喷湿纺和湿纺的聚丙烯腈(PAN)原丝进行对比实验,跟踪了这两类原丝在预氧化和碳化过程中力学性能的变化规律。采用密度仪、纤维单丝断裂强力仪等测试分析了不同预氧化条件下预氧化纤维的力学性能与相应碳纤维力学性能之间的内在联系。结果表明,碳纤维的力学性能与预氧化纤维的断裂强力密切相关。通过与不同的预氧化程度表征方法相比较,提出了以预氧化纤维的强力损失率作为表征PAN纤维预氧化程度的新方法。     

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。     

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     

羟胺改性对聚丙烯腈预氧化纤维低温碳化的影响

分别将未经过与经过盐酸羟胺处理的预氧化纤维在氮气(99.999%)气氛下,以5℃/min的升温速率加热至800℃进行低温碳化。通过定量傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热分析、热失重分析等手段研究了羟胺改性对预氧化纤维在低温碳化过程中的影响。结果表明:羟胺改性可以使原来环化不完全的预氧化纤维在较低温度下进一步环化,从而提高了其热稳定性和碳化收率,所得碳纤维的性能也得到了较大幅度的提高。     

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。     

预氧化聚丙烯腈纤维同步炭化活化的工艺研究

通过对预氧化聚丙烯腈纤维毡同步炭化—活化工艺中诸多参最（如温度、时间、介质等）对制品性能的考察，获得了不同制品规格的工艺条件，制得了性能优异的活性炭纤维毡。其对ＳＯ＿２的优异吸附性能更为明显。提出了一种可以应用于生产中获取不同制品的工艺参量判据，即不同温度下的“水毡”比范围。     

聚丙烯腈预氧丝预氧化程度表征分析

为考察红外光谱与热分析对聚丙烯腈原丝预氧化程度表征的准确程度,用傅里叶变换红外光谱仪、综合热分析仪等对PAN原丝及其预氧丝进行了测试。对红外光谱测试中各影响因素进行了探讨,并依此对不同预氧丝的红外光谱及相对环化率进行了分析。对原丝及预氧丝在不同气氛下的热性能进行了比较,并对其环化度进行了分析。结果表明:红外光谱与热分析均能定性反映出预氧丝的预氧化程度,而定量计算出的相对环化率则不具可比性,环化度会较真实值偏高。     

基于TBHP影响的聚丙烯腈环化反应研究

为了解决聚丙烯腈在预氧化过程中反应时间长、效率低、生产成本高的不足,提出了一种新的叔丁基过氧化氢（TBHP）反应处理方案,利用其在高温下分解产生的氧气来引发并加速聚丙烯腈的环化反应,进而减少聚丙烯腈在预氧化反应的时间。根据实际应用表明,新方案能够将环化度提升18.4%,将热失重率降低了20.5%,极大的提升了预氧化质量。     

PAN基碳纤维预氧丝的取向结构及力学性能表征

利用傅立叶变换红外光谱仪对不同预氧化程度的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维预氧丝进行偏振光谱分析,以反应程度参数(EOR)衡量试样的预氧化反应程度,用红外二向色性比来表征试样的取向程度,并对其力学性能进行了表征。结果表明:PAN纤维在预氧化过程中其化学组成和微观结构都发生了很大变化,纤维的取向程度随EOR的增大而减小,而力学性能也随之下降。     

Influence of activation temperature on the properties of polyacrylonitrile-based activated carbon hollow fiber

In this work, polyacrylonitrile hollow fiber was oxidized, carbonized, and activated by carbon dioxide into activated hollow carbon fiber. The effects of the activation temperature on the characteristics of the resulting activated hollow carbon fiber, including the mechanical properties, the surface area, and pore size distribution, were studied. The results show that by activating for 40 min at 800°C, the mechanical properties was better, the surface area was larger, and the pore size was distributed in three ranges. Higher activation temperature led to the decrease in the mechanical strength, the increase in the burn-off degree of the surface, the reduce of the portion of micropores, and the greatly broadening the pore size distribution. Lower activation temperature can only produce pleading on the surface of the fiber instead of open pores, due to the milder attack of CO₂. Therefore, the characteristics of the activated hollow carbon fiber can be controlled by the activation temperature. © 1998 John Wiley & Sons, Inc. J Appl Polym Sci 68: 1331–1336, 1998     

聚丙烯腈基中空炭膜的研究发展

概述了聚丙烯腈基活性炭纤维的制备和结构,制备条件对聚丙烯腈基中空纤维炭膜的影响,以及聚丙烯腈基中空纤维炭膜作为医用吸附剂的可行性。     

浅析聚丙烯腈基碳纤维焦油形成的原因

根据聚丙烯腈基碳纤维生产工艺路线,从原丝、预氧化、碳化工艺及结构上分析了聚丙烯腈基碳纤维焦油形成的原因。其主要原因为碳化前纤维缺陷结构的遗传、碳化中分子键的热断裂和分子链的无规热裂解。     

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。     

纤维表面处理对复合材料力学性能的影响

本文研究了碳纤维表面处理方法对纤维-基体界面剪切强度的影响．研究结果表明，相对于未进行表面处詈的碳纤维-所采用的胺基化处理和偶联剂处理两种表面处理方法都能够提高碳纤维界面的剪切强度，从而提高复合材料整体的抗拉强度和弹性模量。并且偶联剂处理方法具有更好的工艺性．     

DSC法研究聚丙烯腈纤维的环化反应动力学

通过差示扫描量热(DSC)法研究了聚丙烯腈(PAN)纤维的热性能及其在不同升温速率下的环化反应动力学。结果表明:PAN纤维在氮气气氛中只发生环化反应,DSC曲线的放热峰尖而窄。根据Kissinger法得出其活化能为66.86 kJ/mol,反应级数为1。由DSC曲线及外推法得到升温速率为0时,其放热峰峰值为256.8℃。随着稳定化时间的增加,PAN纤维的环化度增大,纤维稳定化程度提高。     

大丝束碳纤维复合材料力学性能研究

本文研究了大丝束碳纤维(48K)复合材料的常规力学性能及耐湿热性能，并与小丝束碳纤维(T300．3K)复合材料进行了对比，研究结果可为大丝束复合材料在航空器的次承力件或非承力件的应用提供技术基础。     

炭化过程对聚丙烯腈基活性中空炭纤维性能的影响

聚丙烯腈(PAN)中空纤维在空气中250℃预氧化2 h后,在氮气气氛中炭化,得到PAN基中空炭纤维(PAN-CHF),再在二氧化碳气氛中活化,得到PAN基活性中空炭纤维(PAN-ACHF)。考察了炭化温度和炭化时间对PAN-CHF的收缩率、PAN-ACHF的收缩率、活化收率、比表面积和吸附性能的影响。结果表明:炭化温度为1 000℃时,PAN-CHF和PAN-ACHF的收缩率相同;炭化温度为900℃时,PAN-ACHF的比表面积最大,吸附性能最好,炭化时间对PAN-CHF和PAN-ACHF的收缩率影响不大,但活化收率随炭化时间延长呈上升趋势,比表面积先增后降,炭化时间为60 min时达到最大,其吸附量最大。     

PAN原丝成形工艺与碳纤维晶体结构和性能的关联性研究

采用广角X射线衍射方法对不同成形工艺的PAN原丝与碳纤维晶体结构和性能的关联性进行了实验和分析。研究表明:PAN原丝的晶体结构与凝固浴成形和纺丝牵伸工艺有直接关联性,由干喷湿纺成形和高倍纺丝牵伸制备的原丝具有晶粒尺寸较大、晶面间距较小和结晶度较高的特点。干喷湿纺成形工艺制备的原丝在碳化过程中石墨晶体的生长速率大于湿法纺丝,且原丝的PAN准晶体结构对碳纤维乱层石墨晶体结构具有遗传型。干喷湿纺成形和高倍数纺丝牵伸更容易获得兼具较高拉伸强度和较高拉伸模量的碳纤维。