PAN基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响

碳纤维由微晶和非晶碳所构成。利用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)研究聚丙烯腈(PAN)基碳纤维微晶结构对拉伸强度的影响机理。结晶度、石墨化程度、微晶无序化程度、微晶尺寸都对拉伸强度有显著影响。结晶度、石墨化程度越大,微晶无序化程度越小拉伸强度越大。微晶尺寸越大拉伸强度越小。比较T300和T700,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量大于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得T700的拉伸强度大于T300的拉伸强度,同理可知T800的拉伸强度大于T700的拉伸强度。比较M35J和M40J,结晶度、石墨化程度的增加,微晶无序化程度的减小所导致的拉伸强度增量小于微晶尺寸增加所导致的拉伸强度减小量,从而使得M40J的拉伸强度小于M35J的拉伸强度,同理可知M46J的拉伸强度小于M40J的拉伸强度。M35J,M40J和M46J内的较大的微晶对拉伸强度的影响起决定性作用。     

热处理对PAN基碳纤维结构的影响

本文用X-射缦衍射技术,通过计算机进行背底扣除、劳伦滋-偏光因子校正,分峰,然后计算在不同温度热处理的PAN基碳纤维及沥青碳纤维的晶粒尺寸(L_a、L_ē),L_ē表示乱层结构中C轴方向层面堆砌的平均厚度,L_a表示乱层中网平面的平均直径,二者均随热处理温度的增加而增加。同时,还求取了PAN基纤维的芳构化指数随温度的变化,可用该指数表征PAN纤维热处理过程中环化的程度。     

PAN基稳定化纤维的微观结构

引言目前,PAN纤维被认为是制造碳纤维最重要,最有前途的原丝。PAN经220～330℃的热处理,改性成为具有不燃性的稳定化纤维,并且在高温炭化处理中也不会受到重大破坏,继而转变为有良好力学性能的碳纤维。碳纤维的稳定化过程包括相邻分子间的氧化交联反应和腈基环化反应。通常认为稳定化的速度随含氧气氛的稳定化温度和时间而增大。大多数化学家和纺织科学家已把兴趣集中在稳定化期间化学反应是怎样发生的及PAN纤维物理性能的变化情况。本文主要讨论有关稳定化纤维的形态及微观结构。     

PAN纤维热松弛行为控制与聚集态结构调控EI北大核心CSCD

聚丙烯腈(PAN)纤维在纺丝过程中会形成受迫高弹形变,在受热条件下会出现物理收缩为代表的热松弛行为,发生解取向。通过热力学分析仪(TMA),动态力学分析仪(DMA),广角X射线衍射法(WAXD)等手段研究PAN纤维的热松弛行为,并且通过张力和温度对其进行控制。结果表明:PAN纤维纺丝过程形成的高弹形变约占10%以上,在高温下会迅速回复发生解取向。通过施加适当的张力和提高温度可以在不损失取向结构的同时将高弹形变转化为塑性形变。在张力和温度的作用下,纤维内部聚集态结构重排,分子链取向进一步提高,晶态结构进一步完善,纤维尺寸稳定性提高50%以上。研究表明经此方法处理的碳纤维微晶沿分子链排列更加规整,性能得到了有效提升。     

PAN纤维环构化结构形成对温度的依赖性研究

在氮气气氛、100～260℃条件下对PAN纤维进行热处理,通过红外吸收光谱(FTIR)和固体核磁(13C-NMR)研究PAN分子在热处理过程中化学结构的转化,推测其发生的化学反应.研究表明,PAN大分子中腈基(C≡N)反应活化能较低,C≡N可以在较低温度下优先发生环化反应,150℃时首先生成C=N官能团;温度高于170℃,CH2/CH上发生脱氢反应,生成C=C官能团,同时,此C=C结构与已生成的C=N转化为六元环上的-C=N-C=C-共轭结构;温度高于260℃,六元杂环中的共轭-C=C-C=N-结构不稳定,它在分子内发生了异构化反应,转化成更稳定的-C-C=C-N-结构.     

一种热稳定化PAN纤维的新方法

一、引言PAN纤维被加热到180℃以上时,会发生放热降解反应,从而引起结构环化。PAN纤维的DSC曲线如图1A所示:在明显的初始放热峰Ⅰ(265℃左右)后,联着一个     

硅系油剂对PAN纤维预氧化的影响

改变聚丙烯腈(PAN)纤维纺丝工艺,制得无油纤维和含油纤维,在空气气氛下对两种纤维进行预氧化处理。借助体密度、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线衍射仪(XRD)等测试手段,通过表征PAN纤维的预氧化程度,揭示硅系油剂的作用。结果表明,硅系油剂在190℃～250℃温度区间,即本论文讨论的预氧化反应全程,不发生化学反应,依然均匀涂覆在PAN纤维的表面;在预氧化反应的前期(190℃～220℃),纤维表面的油剂阻碍热的传递和氧的扩散,使得含油纤维的体密度、环化度、相对环化率和芳构化指数均低于无油纤维;在预氧化后期(220℃～250℃),由于前期油剂对预氧化反应的抑制,使得前期形成的结构有利于氧的扩散,表象上硅系油剂在预氧化后期起着促进的作用。     

PAN基原丝质量与成丝途径对碳纤维力学性能的影响

ＰＡＮ基原丝质量与成丝途径对碳纤维力学性能的影响李英儒，王淑芳（中国科学院山西煤炭化学研究所）一、前言碳纤维自问世以来，对于影响ＰＡＮ基碳纤维ＣＦ力学性能的因素一直是人们普遍关注的问题。前人已进行了大量的研究工作，结果表明，ＣＦ的力学性能与原丝的组成...     

成纤过程中PAN纤维聚集态结构的形成

采用X射线衍射、声速法研究了成纤过程中PAN纤维晶态结构和取向态结构的变化规律。结合扫描电镜观察纤维的截面形态，研究成纤过程中PAN纤维聚集态结构的形成过程。结果表明，在成纤过程中，纤维晶态结构主要形成于凝固成型阶段，可以用两相模型（“准晶”区和无定型区）来描述；而取向态结构主要受两段牵伸控制，其中前牵伸对晶态结构的完善起到相当关键的作用，再牵伸则主要提高纤维的取向度；干燥致密化过程有利于晶区的生长和完善，同时固定了纤维的取向态结构。     

氨化对湿纺PAN初生丝条结构的影响

用氨化树脂进行湿法纺丝，采用接触角测量仪研究了通氨量对树脂亲水性的影响，借助光学显微镜、扫描电镜和压汞仪阐明了凝固浴温度、凝固浴中二甲亚砜的浓度和通氨量对初生丝条截面形貌和孔结构的影响。结果表明：随着树脂亲水性的增强和温度的升高，初生丝条的截面形貌趋向于圆形；树脂氨化后在湿纺初生丝条中生成的孔的总体积明显降低，且随着通氨量的增大在初生丝条中有一部分微米级大孔(6μm～100μm)转变为纳米级小孔(孔径＜140nm)，并且随着凝固浴温度和二甲亚砜浓度的升高初生丝条中大孔所占的体积百分数明显降低。     

PAN原丝性能对比及对碳纤维性能的影响研究

对采用不同的纺丝方法即湿法和干湿法纺制的原丝及碳纤维的性能结构进行对比,结果表明,由干湿法纺制的原丝以及最终生成的碳纤维的性能要优于由湿法纺制的原丝以及碳纤维的性能。     

低温炭化温度梯度对聚丙烯腈预氧纤维结构演变及碳纤维性能的影响

聚丙烯腈(PAN)预氧纤维在低温炭化阶段经热裂解重组而转化为具有乱层石墨结构雏形的低温炭化纤维,此阶段的温度调控对最终碳纤维的结构与性能有着重要影响。采用¹³C固体核磁共振谱图(¹³C-NMR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和力学性能分析等手段,研究预氧纤维在低温炭化阶段的反应进程、温度梯度调控对预氧纤维的结构演变和碳纤维结构及性能的影响。结果表明:PAN预氧纤维在低温炭化过程中,经450℃热处理后碳结构的支链化程度达到最大值0.99,当处理温度达到550℃后,以芳环链段的重组交联为主要反应。低温炭化温度梯度影响预氧纤维的结构演变进程,当采用350—450—650℃的梯度升温模式时,先经450℃处理的低碳纤维中—C—C基团的¹³C-NMR位移最大,表明纤维内的支化交联反应最多,再经650℃处理的纤维d₀₀₂以及相应高碳纤维的I_A/I_G达到最大,说明其无定形碳相对含量最多,因而最终碳纤维的力学性能最差;当采用350—550—650℃的梯度升温模式时,纤维内裂解与重组交联反应有序开展,低碳和高碳纤维的碳结构更优,最终碳纤维的致密性及力学性能得到提升。     

碳纤维用聚丙烯腈新型共聚物的制备

通过采用丙烯腈、衣康酸、甲基丙烯酸正丁酯共聚合方法合成了一种新型聚丙烯腈共聚物。通过改变引发剂的用量、反应温度、单体配比等 ,确定了最佳反应条件 ,合成的粘均分子量为 2 70×1 0 5的新型共聚物 ,可用于碳纤维的研究     

水洗条件对PAN水洗丝条结构和力学性能的影响

研究了水洗条件对聚丙烯腈(PAN)水洗丝条结构和力学性能的影响.用万能材料测试机、XRD、SEM、压汞仪测试纤维的力学性能、晶态结构、表面形态和孔结构,得到结构对力学性能的影响规律.结果表明:随着水洗温度升高,丝束的最大应力和最大载荷降低;水洗温度从55℃增大到90℃,结晶度从64.84%降低到57.73%,晶粒大小从4.034nm变为5.007nm;水洗温度升高,丝表面出现更加明显的纵向沟槽,表面缺陷增多,丝的直径也变得不均匀,孔隙率和孔径变小,微孔逐渐增多;随着结晶度降低、晶粒尺寸变大、表面缺陷增多,丝的力学性能随之下降;相同温度,超声波使纤维的孔径和孔隙率变小,同时使表面缺陷增多,所以超声波对丝的力学性能影响不大.     

拉应力对玻璃纤维增强聚合物基复合材料介电强度的影响

在拉应力条件下, 测试了聚合物基体和单向玻璃纤维增强聚合物基复合材料的介电强度, 探索了聚合物基体和玻璃纤维/聚合物复合材料的介电强度与拉应力的关系, 提出并证明了聚合物基体的介电强度与拉应力呈负指数关系, 复合材料中纤维与基体的界面是影响材料介电强度的主要因素。     

纺丝工艺与PAN/CA中空纤维超滤膜性能的关系

研究了干－湿法纺丝工艺参数对聚丙烯腈／二醋酸纤维素（ＰＡＮ／ＣＡ）中空纤维超滤膜性能的影响。结果表明，随着填充液压力的升高，挤出速率的增大，以及干纺程的增加，中空纤维膜的孔隙率、平均孔直径和水通量增加，截留率下降。内、外凝固液浓度对膜性能有不同的影响。在总拉伸倍数一定的情况下，改变第一二级拉伸，可有效调节中空纤维的性能。     

聚丙烯腈基碳纤维

聚丙烯腈（PAN）基碳纤维（CF）具有优异的综合性能,在市场竞争中处于优势。虽然它已规模化生产,但研究和提高工作一直在进行。技术不断进步,产品性能不断提高,产量与日俱增,价格日趋下降,应用领域不断拓宽。本文着重阐述PAN基碳纤维的新工艺、新进展和新应用。     

攻坚碳纤维原丝瓶颈势在必行

获得高性能PAN原丝是制取高质量碳纤维的前提。我国研制碳纤维已有三十多年历史 ,至今未能工业规模生产高质量碳纤维 ,其主要原因之一是原丝质量没有真正过关。攻坚原丝瓶颈已是发展我国碳纤维工业的当务之急。     

PAN共聚纤维的热氧化研究

本工作采用连续式实骏装置与方法,借助力学测试、X射线衍射、元素分析、红外光谱等技术,系统地研究了PAN共聚纤维在连续热氧化过程中化学、结构、性能间的联系,亦对PAN基碳纤维力学性能提高的途径进行了探讨。研究结累表明:在热氧化过程中,PAN共聚体系的热化学反应主要发生在250℃左右;其间纤维的序态结构变化剧烈,易使纤维产生结构缺陷,进而影响热氧化纤维力学性能的变化。     

不同商品化聚丙烯腈基碳纤维的微观结构研究

利用X射线衍射对比研究了日本东丽、东邦和国产3种牌号聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的微观结构。通过分析不同牌号的PAN基碳纤维晶体结构与石墨晶体结构的区别,以及不同牌号的PAN基碳纤维力学性能与微观结构的关系,表明了引起PAN基碳纤维力学性能差异的主要因素为石墨化程度、内部缺陷、晶粒尺寸大小以及晶粒排列规整程度。