凝固浴条件对PAN纤维结构及性能的影响

利用元素分析仪、X射线衍射仪、电子探针等手段,研究了温度、浓度等凝固浴参数对聚丙烯腈初生纤维及最终原丝结构和性能的影响,得到了湿法纺丝中制备高性能原丝的最优凝固工艺条件。结果表明:凝固浴温度60℃、浓度65%条件下,初生纤维及PAN原丝的晶粒尺寸最小、结晶度最高,初生纤维残留溶剂的含量较低、横截面形状近似圆形。     

湿法纺聚丙烯腈原丝的微观结构分析

利用扫描电镜和透射电镜研究了聚丙烯腈(PAN)纤维在湿法纺丝工艺中的微观形貌与结构演变.测试分析证实,初生纤维的结构会遗传至PAN原丝,PAN原丝为皮芯多层结构,最外面是一层极薄的表皮,向内依次为表层、内层、芯部.表皮的片层结构薄且致密,其分子链结晶度高且晶粒沿轴向取向度好.柱状表层的层状结构中晶粒分布均匀、沿轴向定向较好.由表皮至内层,层状结构的厚度逐渐增加,芯部组织较疏松.建立了PAN原丝的结构模型.     

成纤过程对PAN纤维晶态结构的影响

聚丙烯腈(PAN)原丝的晶态结构形成与其在制备过程所经历的传热、传质及力场作用有关,采用X射线衍射、紫外光谱和万能材料试验机等研究了不同外场环境下PAN原丝的晶态结构特征。研究结果表明,低温凝固成纤以传热为主,形成的初级凝胶网络结构物理交联点多,PAN纤维结晶度较大,晶粒尺寸较小;高温凝固成纤以传质为主,凝固剂水的扩散力使得PAN纤维结晶度较小,晶粒尺寸较大。较低温度下随着牵伸倍数的增加,PAN纤维结晶度增大,但晶粒尺寸变化较小。总牵伸一定时,结晶度变化不大,但随着较高温度牵伸倍数的增大,晶粒尺寸增长明显。     

聚丙烯腈纤维径向致密结构的光密度法研究

凝固过程聚丙烯腈(PAN)初生纤维在径向上各点的双扩散程度不同,可能会造成PAN纤维在径向上致密结构的差异。首先采用光密度法测定PAN初生纤维径向的致密结构及其差异性的可行性和影响因素,在此基础上采用光密度法研究了凝固浴温度对PAN初生纤维致密性结构差异的影响。结果表明：对于PAN初生纤维,采用纤维切片厚度为4μm、调整入射光强使背景灰度为140时进行PAN初生纤维光密度的测定;保持凝固浴浓度恒定不变,凝固浴温度从25℃升高到65℃会导致PAN初生纤维的灰度降低、光密度值增大、纤维径向皮部与芯部的光密度差值增大,这表明随着凝固浴温度的升高,纤维的致密性降低、径向致密结构差异增大。光密度法可以用来定量表征PAN纤维的径向结构及其差异。     

聚丙烯腈原丝聚集态结构的长周期特征

采用小角X射线散射方法,通过模型计算将散射信号中聚丙烯腈(PAN)原丝长周期结构与微孔结构信息有效分离,建立了用小角X射线散射(SAXS)研究PAN纤维聚集态结构长周期特征结构的方法。通过对原丝湿法成型过程中的长周期特征结构演变的研究发现,PAN制备过程中凝固阶段纤维形成两相准晶体系,晶区和非晶区交替排列形成长周期结构,通过相关函数分析获得了PAN中准晶区、非晶区以及两相过渡层的统计尺寸信息,并结合广角X射线衍射数据讨论了凝固相分离过程和牵伸外场因素对长周期结构的影响。     

PAN基碳纤维原丝梯级凝固成型的研究

碳纤维是增强复合材料力学性能的重要材料,优质的PAN原丝是制备高性能碳纤维的前提,而原丝的结构主要决定于纤维成形阶段。本文以相图为指导,采用湿法纺丝得到了不同成型条件下的纤维原丝,并利用扫描电镜研究了纤维的横截形貌和皮芯结构。研究表明经过梯级凝固成型后,可以得到结构均匀致密且具有较优物理机械性能的原丝,证实了在相图中梯级凝固成型路线是较优的热力学路线。     

氨化方式对聚丙烯腈原丝结构和性能的影响

氨化的聚丙烯腈溶液(PAN)是获得均质致密结构、优良理化性能原丝的必要手段。通过丙烯腈(AN)聚合体系加入氨水和聚合结束后在聚合原液中通入氨气,得到不同氨化程度的PAN原液,经干喷湿纺纺丝制成PAN初生纤维和原丝,研究两种氨化方式对PAN纤维截面、初生纤维膨润度和原丝体密度、原丝强度和模量的影响。结果表明,氨化原液容易获得圆形截面的PAN纤维,且聚合体系氨化的原液在氨化度达到16%时,即可获得圆度为0.91的圆形截面,而聚合原液氨化其氨化度需达到28%,才可获得相同圆度(0.91)的截面。氨化后PAN纤维更致密,表现为初生纤维膨润度更低、原丝体密度更高;氨化度小于28%时,聚合体系氨化的原液比聚合原液氨化的原液得到的PAN初生纤维膨润度低、原丝体密度高。氨化度在20%~24%适宜范围,氨化后原丝强度和模量均值较高,且原丝强度和模量CV值明显减少。PAN纤维如需达到相同膨润度、体密度以及强度和模量CV值,聚合体系氨化原液所需的氨化度更低。     

晶态结构对聚丙烯腈(PAN)原丝预氧化反应的影响

对不同晶态结构特点的聚丙烯腈(PAN)原丝进行预氧化处理,采用X射线衍射(XRD)、红外光谱法表征PAN纤维的晶态结构(物理)和化学结构变化。结果表明,PAN原丝的晶态结构影响预氧化反应及反应程度,结晶度小的PAN原丝由于其有序性差,易于向预氧纤维芳构化结构转化,而结构疏松,有利于氧的扩散,促进环化反应和初期氧化反应,PAN纤维芳构化指数和相对环化率都较高,预氧化反应程度较高;原丝结晶度的差异对纤维晶粒尺寸的变化起决定性作用,结晶度大的PAN原丝到预氧化后期仍保持较大的晶粒尺寸。     

晶态结构对聚丙烯腈(PAN)原丝预氧化反应的影响EI北大核心CSCD

对不同晶态结构特点的聚丙烯腈(PAN)原丝进行预氧化处理,采用X射线衍射(XRD)、红外光谱法表征PAN纤维的晶态结构(物理)和化学结构变化。结果表明,PAN原丝的晶态结构影响预氧化反应及反应程度,结晶度小的PAN原丝由于其有序性差,易于向预氧纤维芳构化结构转化,而结构疏松,有利于氧的扩散,促进环化反应和初期氧化反应,PAN纤维芳构化指数和相对环化率都较高,预氧化反应程度较高;原丝结晶度的差异对纤维晶粒尺寸的变化起决定性作用,结晶度大的PAN原丝到预氧化后期仍保持较大的晶粒尺寸。     

PAN基碳化纤维制备过程中纤维的晶态结构研究

采用X射线二维衍射图像和面扫描法对PAN碳化纤维制备过程中各阶段纤维进行了结构表征,揭示了干喷湿纺原丝在预氧化和碳化阶段各纤维晶区取向和晶态结构的差异。结果表明,利用赤道方向二维衍射图,可直观地观察到各纤维在不同阶段取向度以及结晶度的演变规律。与原丝相比,205℃预氧化纤维的取向度、晶粒尺寸以及结晶度都增大,晶面间距无明显变化。235℃预氧化纤维的取向度、晶粒尺寸以及结晶度都减小,晶面间距增大。与原丝以及预氧化纤维相比,碳化阶段纤维的取向度、晶粒尺寸、结晶度以及晶面间距都明显减小。     

残余溶剂DMSO对PAN纤维结构及热性能的影响

在PAN／DMSO湿法纺丝体系中，改变水洗条件，得到含有不同DMSO含量的聚丙烯腈原丝．通过先学显微镜、X射线衍射、DSC和TG等分析测试手段，研究了残余溶剂二甲基亚砜(DMSO)对PAN纤维结构及热性能的影响。在纤维低温热处理过程中，原丝中痕量DMSO的存在，可以改变纤维的截面形状、破坏纤维的晶态结构，并使纤维的热稳定性降低。     

H2O2改性对聚丙烯腈原丝化学结构的影响

为节省预氧化进程的能耗和时间并优化聚丙烯腈（PAN）预氧纤维的性能,用H₂O₂改性PAN原丝,使其提前环化。采用FTIR、XPS等方法表征不同处理温度获得的未改性和改性PAN原丝。结果表明:H₂O₂水溶液在60℃改性PAN原丝时,H₂O₂可引发氰基环化,末端环发生亚胺、烯胺互变异构,由此出现亚氰基、类芳香伯胺;改性温度越高,改性PAN原丝的亚氰基含量、共轭程度越大。在模拟稳定化过程中,改性PAN原丝的类芳香伯胺可在较低温度下引发相邻氰基环化。使用氨水（NH₃H₂O）作为助剂获得改性PAN原丝,与未改性PAN原丝经历相同的预氧化进程,改性后的PAN原丝能在较短时间内达到适合的预氧化程度,且PAN预氧纤维径向结构的均匀性被改善,由此获得热稳定性更高的PAN预氧纤维。      

等规聚丙烯卷绕丝的结构与性能的关系EI

研究了聚丙烯的分子量、分子量分布、纺丝温度和纺丝速度等因素对聚丙烯纤维结构和性能的影响,结果表明上述因素主要是通过卷绕丝的结构形成来影响其性能的。纤维的力学性质不能简单地通过双折射来归一化,而是与纤维的结晶形态有密切的关系,表现出相当的复杂性,次晶结构和α-晶型卷绕丝的力学性质有显著的差别。     

方位角不对称的PAN/CNT复合纤维的晶态结构与性能

通过原位聚合法合成聚丙烯腈(PAN)/碳纳米管(CNT)复合溶液,经过湿法纺丝技术制备了PAN/CNT复合原丝。通过X射线衍射仪,扫描电子显微镜和单丝拉伸仪研究了CNTs对PAN纤维晶态结构及力学性能的影响。结果表明,在方位角扫描图中,随着PAN/CNT复合纤维的制备过程,其双峰的不对称性逐渐增加,其强度比从1.054增加到1.258;复合原丝的结晶度(53.10%)高于PAN原丝的结晶度(51.89%);在赤道扫描图中,PAN/CNT复合原丝的斜方晶系200晶面峰比PAN原丝明显,且晶粒尺寸高于PAN原丝;复合原丝的断面形貌出现更多的微纤结构,且比PAN原丝具有更高的拉伸模量。     

牵伸条件以及牵伸方式对PAN纤维结构的影响

借助于声速法、密度法、XRD等分析手段,考察了不同的牵伸条件和牵伸方式对聚丙烯腈(PAN)纤维结构的影响.结果表明:牵伸条件的不同,纤维的取向和结晶程度有明显的区别;而牵伸方式的不同,对纤维的结晶程度也有较大影响.     

腈纶表面接枝蛋白质改性纤维的结构与性能

腈纶经过表面水解、酰氯化和接枝反应等过程在表面接枝上大豆蛋白质,制成了蛋白质接枝改性腈纶。对其进行物理力学性能分析、红外分析和电子显微镜形貌观察表明:改性腈纶在表面接枝蛋白质的效果明显,其表面完全覆盖上了完整致密的蛋白质表面膜层;X射线衍射分析表明,蛋白质接枝改性腈纶的超分子结构与普通腈纶相比并没有发生大的变化,基本保持了原有腈纶的高序态和低序态共存的结构特征。     

湿法纺聚丙烯腈纤维的截面形貌与皮芯结构的研究

利用电子探针、扫描电镜研究了聚丙烯腈在湿法纺丝工艺中的横截面形貌与皮芯结构.结果表明凝固浴温度会影响初生纤维的横截面形貌与芯部结构.在较高的凝固浴浓度下,较高的凝固浴温度可使双扩散速率增加,扩散比较充分,纤维横截面形状趋于圆形,芯部空洞减少,密度提高,其原丝具有较优的物理机械性能.原丝扫描电镜分析证实,原丝为皮芯多层结构组织.     

Carbon fibers modified with carbon nanotubes

Carbon nanotubes were used to modify a polyacrylonitrile (PAN) polymer solution before the manufacture of the carbon fiber precursor. The modified PAN fibers were spun from a dimethylformamide solution containing a small amount of single-walled carbon nanotubes. The fibers were characterized by thermogravimetry and optical and scanning electron microscopy. Structure, morphology, and selected properties of the composite polymeric fibers and the fibers after carbonization are characterized. The mechanical properties of the fibers are examined. It is found that nanotubes in the PAN solution have a strong tendency to form agglomerates that inhibit suitable macromolecular chain orientation of the carbon fiber precursor. Fibers manufactured from such a solution have similar mechanical properties to those from a pure PAN precursor, and after carbonization the resultant carbon fibers are very weak. A comparison of pure carbon fibers and those containing nanotubes reveals slight differences in their structural ordering.