聚丙烯腈基碳纤维原丝在干湿法纺丝中非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非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。该文通过Fick定律建立了适用于纺丝原液是溶剂、高聚物和非溶剂三组分体系的非溶剂扩散数学模型,指出该模型的适用范围。此外,该文还作出了非溶剂分子的浓度随时间的变化曲线。     

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。     

高性能聚丙烯腈基碳纤维的原丝

聚丙烯腈（PAN）原丝质量已经成为制约我国碳纤维工业发展的重要因素之一。这已引起国内专家的高度重视,已到了非解决不可的地步。本文将从聚合和纺丝两方面,系统的阐述制取高性能碳纤维原丝的几个要素。     

空气层对干喷湿法聚丙烯腈原丝喷头稳定性的影响

为提高聚丙烯腈碳纤维原丝干喷湿法喷头的稳定性,从空气层高度、温度、湿度、空气流动状态等角度,综合分析了空气层对喷头稳定性的影响。通过试验,确定了各干扰因素的控制范围,为控制喷头稳定性,提供了重要的理论和试验数据基础。     

聚丙烯腈基碳纤维原丝生产工艺探究

原丝质量对聚丙烯腈基碳纤维材料的性能和品质具有突出影响。在实际生产中通过丙烯腈、衣康酸、丙烯酸甲酯的加成、聚合作用制备纺丝液,再通过过滤、喷丝、凝固、上油等工艺制备原丝。研究过程中探究了聚合时间、反应温度、引发剂浓度对纺丝液质量的影响,同时分析了纺丝设备、油剂使用方法、溶剂残余量对原丝质量的影响,并针对以上因素提出优化控制措施。     

熔融纺丝工艺制备碳纤维原丝

聚丙烯腈基碳纤维的制备主要采用溶液纺丝方法,生产过程需要溶剂回收,工艺流程长,因此制造成本高。笔者主要介绍了聚丙烯腈基碳纤维的制备工艺概况,特别介绍了熔融纺丝路线制备聚丙烯腈原丝的方法。利用共聚改性、增塑改性、纺丝后处理等方法,可以制备聚丙烯腈基碳纤维,并提出了由熔融纺丝制备聚丙烯腈基碳纤维的可行路线。     

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。     

高分子量聚丙烯腈纤维的干湿法成形工艺及纤维性能研究

采用正交试验设计法研究了高分子量PAN纤维的干湿法纺丝工艺,开考察了凝固浴温度和浓度及预热和热水拉伸对纤维性能的影响.结果表明,采用干湿法纺制高分子量PAN纤维,在一定的喷出速度下进行喷出正拉伸并给予纤维一定的预热拉伸和高倍热水拉伸,可制得强度较高的纤维.纤维经过热拉伸并热定型后,其强度可达到7.5cN/dtex.     

干喷湿纺聚丙烯腈原丝纺丝原液管道的设计

从聚丙烯腈原丝纺丝原液特性及干喷湿纺纺丝原液均一性要求出发,通过生产实践及理论分析,探讨了聚丙烯腈原丝纺丝原液管道在材质、管径、管道连接、保温、原液混合等方面的设计与改进。研究结果表明,干喷湿纺线实现了原液稳压、恒温和空气层高度可控性的输送,确保大批量的稳定化生产。     

喷丝板对干喷湿纺法聚丙烯腈基碳纤维原丝的影响

从堵孔、表面腐蚀、喷丝孔腐蚀等喷丝板质量问题出发,分析了喷丝板对干喷湿纺法聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝的单丝均一性、原丝及碳纤维的性能影响程度,为提高原丝、碳纤维质量提供一定的硬件设备理论基础。     

溶剂中金属离子对聚丙烯腈基碳纤维及其原丝的影响

金属离子的含量对碳纤维及其原丝的质量有很大的影响。分析了溶剂二甲基亚砜(DMSO)中金属离子含量对聚丙烯腈(PAN)原液聚合、原丝及碳纤维性能的影响。试验表明:DMSO中金属离子的存在,会在聚合源头处影响聚合反应,造成物料均一性、可纺性、可牵伸性下降,使原丝及碳纤维性能下降;而几种金属离子中,铁离子的干扰破坏性最大。     

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。     

影响聚丙烯腈基碳纤维原丝拉伸性能测试的因素

用GB/T 19975—2005《高强化纤长丝拉伸性能试验方法》,对12 K(即单丝根数12 000根)碳纤维原丝的拉伸性能进行测试,摸索了丝束的加捻数、预加张力、测试压力、取样方式、纤维理直方式等测试因素对丝束拉伸性能的影响,确定了12 K碳纤维原丝束丝拉伸性能测试的最佳操作条件,保障了实验室测试结果的可靠性。     

聚丙烯腈原丝中二甲基亚砜残留对碳纤维性能的影响

通过对水洗条件的改变,考察了PAN原丝中溶剂二甲基亚砜残留量对碳纤维性能的影响。在原丝中溶剂残留量较高的情况下,碳纤维的密度和强度大幅下降,同时原丝的截面形状和表面形态遭到破坏,影响了碳纤维的性能。     

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.     

油剂特性与PAN基碳纤维及其原丝性能的关联性

研究了单一组分油剂中氨基、环氧基、聚醚等特征官能团的特性,摸索了单一组分油剂与复合油剂对碳纤维生产中原丝含油率及表面形态、预氧化过程径向一致性、碳纤维强度等的关联性变化规律。研究表明:碳纤维及原丝性能与油剂的组分有直接关联性。由氨基、环氧基、聚醚等复配后的油剂,具有稳定性好、耐热性高、保护性强等特点。     

PAN原丝性能对碳纤维强度影响的探讨

探讨了聚丙烯腈原丝(PAN)的共聚组分、纯化、取向等方面对碳纤维强度的影响。国内外的研究表明:在原丝的制造过程中,可以通过调整原丝的共聚组分,原丝的高纯化、致密化、高取向和高强化,采用先进的油剂等几个方面来提高PAN原丝的性能和品质。     

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。     

静电纺聚丙烯腈基超细碳纤维的研究

利用静电纺丝设备,在仅改变滚筒收集装置的转速的条件下,制得不同有序度的聚丙烯腈超细纤维毡,利用扫描电子显微镜来观察纤维的直径及形态,得出纤维排列的有序度随滚筒转速的增加而提高。再将制得的聚丙烯腈纳米纤维毡在不同温度下预氧化,最后经过碳化,得到超细碳纤维毡,分析在不同滚筒转速下收集的不同有序度的超细碳纤维毡的力学性质。通过拉伸试验,得出随着转速的增加,纤维毡的拉伸强度有所增加。