木质素-丙烯腈共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应

通过酯化反应和自由基共聚反应制备了具有良好可纺性的木质素-丙烯腈(LS-AN)共聚物,采用湿法纺丝工艺制备了3种不同直径的LS-AN共聚物纤维,然后在梯度升温模式下对其进行热稳定化处理,采用差示扫描量热仪、红外光谱仪、密度梯度仪研究了LS-AN共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应。结果表明:在空气气氛中,减小直径能够显著促进热稳定化反应的进行;减小纤维直径有利于氧向纤维内部扩散,促进氧化反应的进行,从而获得均质的径向稳定化结构;减小纤维直径可以显著提高碳纤维的力学性能,由直径最小的LS-AN共聚物纤维制得了拉伸强度和拉伸模量分别达到849 MPa和146GPa的碳纤维。     

木质素磺酸盐-丙烯腈共聚物及其碳纳米纤维的制备

通过酯化反应和自由基共聚反应制得木质素磺酸盐-丙烯腈共聚物(P(LS-AN)),采用静电纺丝技术将其制成纳米纤维,再经预氧化和碳化处理,制得碳纳米纤维。采用红外光谱仪(FTIR)、差示扫描量热/热重同步分析仪(DSC/TG)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱仪(Raman)对P(LS-AN)、电纺纤维及其碳纳米纤维的结构进行表征。结果表明,P(LS-AN)纳米纤维具有良好的热稳定性,在较高升温速率(10℃/min)下对其进行预氧化和碳化处理,所制得的碳纳米纤维单丝间未产生粘连。在碳化过程中,LS的苯酚结构有利于促进有序碳结构的形成,使得碳纳米纤维的结构更为完善。     

脒端基对聚丙烯腈原丝氧碳化行为的影响

以偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,分别制备了具有不同端基结构的丙烯腈与衣康酸共聚物PAN-AIBA和PAN-AIBN,采用湿法纺丝技术制备PAN原丝。采用两种梯度升温方式对PAN原丝进行热稳定化处理,对优选的预氧化纤维进行高温碳化制得碳纤维。采用多种手段表征纤维结构与组成的变化规律。结果表明,脒端基可提高PAN预氧纤维的相对环化率,使其氧含量和体密度平稳增长,因此有利于预氧化纤维的结构调控。PAN-AIBA基碳纤维的皮芯结构差异小于PAN-AIBN基碳纤维,与其相对温和的热稳定化行为相符。     

改性PAN原丝制碳纤维

前言已经知道PAN基碳纤维的质量依赖于原丝的特征和稳定化条件。因此采用拉伸使PAN纤维改性,主要是为了改善诸如分子链的取向、结晶度、晶粒大小及直径等结构。一种新的PAN原纤维改性方法是在拉     

聚丙烯腈/膨胀石墨插层纳米复合材料静电纺丝性能

利用化学氧化和高温膨胀将天然鳞片石墨制备成膨胀石墨(EG),采用沉淀聚合制备聚丙烯腈/膨胀石墨(PAN/EG)插层复合物,进行静电纺丝,对PAN/EG插层复合物及其纤维膜的微观结构、力学性能和热性能进行分析表征。结果表明:EG含量增加,纤维膜的拉伸强度和耐热性增加,纤维直径减小,PAN的平均直径550nm;EG含量为0.5%(wt,质量分数,下同)时,纤维平均直径350nm,此时拉伸强度与PAN相比,在未处理、冷压和热处理的情况下分别提高了95.9%,129%和164%。EG为1%时,玻璃化温度提高了17℃,PAN在氮气中的环化反应放热峰值提高了7℃。     

聚己酸内酯纳米纤维的拉伸试验及表面表征

文中采用静电纺丝法制备了纳米聚己酸内酯纤维,对单根纤维进行了单向拉伸试验,研究了单根纤维在纳米尺度的基本力学性能;并通过原子力显微镜研究了纤维表面结构特征对纤维力学性能的影响。结果表明,在拉伸载荷作用下,随着纤维直径的减小,纤维的杨氏模量没有显著的变化;纤维表面特征对纤维的拉伸强度有重要影响,但对纤维的杨氏模量影响不大。     

热处理时间对PAN碳纤维性能影响的研究

聚丙烯腈(PAN)碳纤维由有机纤维经过高温处理得到,其结构和性能与热处理时间密切相关。采用固体核磁共振碳谱仪、热失重分析仪、X射线衍射仪和力学性能分析等研究了热处理时间对预氧纤维结构、碳纤维结构和性能的影响。结果表明:预氧化时间的延长使环化、脱氢和氧化反应形成的—C═N、C═C、C═CH、C═O含量增加,使预氧纤维的稳定性增强,形成的碳纤维微晶尺寸较小、层间距较大,碳纤维拉伸强度和拉伸模量较大,但体密度较低;随着碳化时间的延长,纤维的热稳定性呈现先下降后增强的趋势,碳纤维的微晶尺寸增大,层间距减小,碳纤维的体密度、拉伸强度和拉伸模量增加。     

PAN-VAc电纺复合纤维膜性能研究

采用水相沉淀聚合法制备了不同摩尔配比的丙烯腈(AN)-醋酸乙烯酯(VAc)共聚物,通过静电纺丝制备了不同聚合物电纺液浓度及不同共聚配比的聚丙烯腈-醋酸乙烯酯复合纤维膜,利用偏光显微镜、差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG)和力学性能测试等手段对电纺纤维进行表征。结果表明,随电纺液浓度升高,电纺纤维直径变粗;随着醋酸乙烯酯含量的增加,PAN-VAc复合纤维热稳定性增加,其拉伸强度和拉伸模量增加。经冷压处理后,AN/VAc摩尔比为85/15的电纺膜的拉伸强度增加幅度达52.93%,而拉伸模量增加幅度达40.89%。     

PAN纤维热稳定化过程中环化反应对氧化反应的影响

在惰性气氛中制备了不同环化程度的聚丙烯腈(PAN)热稳定化纤维,并将其在含氧气氛中进一步氧化处理,通过差示扫描量热仪(DSC)、傅立叶变换红外(FT-IR)和元素分析(EA)等方法研究了PAN纤维热稳定化过程中环化反应对氧化反应的影响。结果表明,与环化反应相比,氧化反应可在更低的温度下进行;对于环化程度越高的PAN热稳定化纤维,在含氧气氛中经相同条件热处理后氧含量越高,即氧化反应程度越高,故环化反应对氧化反应具有促进作用。     

聚丙烯腈纤维热应力与碳纤维结构及性能的关联性

针对二元共聚聚丙烯腈（PAN）纤维的热应力和聚集态结构特点,借用差示扫描量热（DSC）分析、广角X射线衍射（WAXD）、红外光谱（FTIR）等表征手段研究了预处理阶段（180 ℃）纤维热应力变化与最终碳纤维结构及性能的关联性。实验结果表明：对于取向度较高,但热应力较大的二元共聚PAN纤维,在180 ℃进行适当的应力松弛处理有利于最终碳纤维力学性能的提高。进一步的分析表明,随着预处理阶段纤维热应力的降低,PAN纤维内部准晶区的取向度逐渐下降,而纤维的环化反应活化能明显降低,相对环化率逐渐增大,相应碳纤维中类石墨晶体的层间距呈现先减小后增大的趋势,类石墨晶体的堆叠厚度则是先增大后减小;与之对应的碳纤维的拉伸强度以及拉伸模量也呈现出先增大后减小的趋势。综合研究结果表明：对二元共聚PAN纤维进行适当的热应力松弛处理可有效改善最终的碳纤维结构参数,提高其力学性能。     

衣康酸α,β羧基对聚丙烯腈热稳定化反应的影响及机理

采用K2S2O8-Na HSO3引发剂和水相沉淀聚合法制备了丙烯腈均聚物(PAN)、丙烯腈-β-衣康酸单乙酯共聚物(P(AN-MIA))、丙烯腈-衣康酸共聚物(P(AN-IA))。采用红外光谱和差示扫描量热/热重同步分析研究了衣康酸α,β羧基对热稳定化反应的影响及机理。结果表明,引入MIA和IA共聚单体均能显著提高相对环化率,降低热稳定化反应起始温度,缓和放热和失重行为。但IA的作用效果更好,这归功于IA中的α,β羧基均能引发氰基发生离子环化反应,使PAN转变为更稳定的梯形结构。通过对空气气氛的差示扫描量热曲线进行分峰处理,研究了IA的α,β羧基对离子环化反应和氧化反应的影响及其机理。     

纳米多孔Ni-P涂层催化制备螺旋碳纤维研究

以纳米多孔Ni-P涂层为催化剂模板,制备形貌良好、宏量生长的螺旋碳纤维。采用扫描电子显微镜对螺旋碳纤维进行微观形貌观察,采用X射线能量色散谱仪对纳米多孔Ni-P涂层表面进行元素分析,采用X射线衍射仪表征其物相组成。研究了反应温度、升温速率、反应气氛对螺旋碳纤维形貌及纳米多孔Ni-P涂层物相组成的影响。实验结果表明,非晶态的纳米多孔Ni-P涂层在升温过程中会形成结晶Ni相和结晶Ni3P相。随着温度的提高,用纳米多孔Ni-P涂层催化生长的螺旋碳纤维直径出现由大变小的趋势,在600℃时制备的碳纤维其螺旋形貌最佳。螺旋碳纤维的纤维直径、螺旋直径与纳米多孔Ni-P涂层中Ni(200)晶面的择优取向强度相关,这是决定螺旋碳纤维形貌的关键,Ni(200)晶面的择优取向强度越高,生长的螺旋碳纤维的纤维直径和螺旋直径越小。     

乙烯基三乙氧基硅烷溶胶-凝胶涂层改善碳纤维的热稳定性及表面性能(英文)

以乙烯基三乙氧基硅烷作前驱体在碳纤维表面制备了溶胶-凝胶涂层。通过扫描电镜、能量分散谱仪以及热重分析对涂层进行表征。通过单纤维拉伸强度测试研究碳纤维的力学性能,采用动态接触角测定碳纤维的表面能。结果表明,溶胶-凝胶涂层改善了碳纤维的抗氧化性能和力学性能。与未涂层纤维相比,涂层碳纤维的起始氧化温度提高了100℃,单纤维拉伸强度提高了5.9%~12.1%,但是涂层脱落及表面裂纹导致碳纤维的拉伸强度随着氧化温度的升高而降低。另外,溶胶-凝胶涂层降低了碳纤维的表面能,使其具有较好的疏水性能。     

聚丙烯腈基碳纤维原丝热稳定化研究进展

综述了近年来聚丙烯腈基碳纤维原丝热稳定化过程的研究进展,结合自己的研究结果系统地评述了热稳定化反应机理、预氧丝的微观组织结构以及工艺参数对热稳定化的影响,并在此基础上对聚丙烯腈纤维热稳定化的研究前景进行了展望.     

磁场对电纺聚丙烯腈纤维聚集态结构和性能的影响

磁场辅助静电纺丝(MFAES)方法能够制备有序纳米纤维,但磁场对纤维的聚集态结构和性能的影响研究鲜见报道。研究了不同位置的磁场对聚丙烯腈(PAN)纤维直径、结晶度和力学性能的影响。结果表明:针头处磁场对纤维直径影响不大,接收装置处磁场的拉伸作用使纤维直径减小;随着针头处磁场强度增大,PAN纤维结晶度增大,接收装置处磁场对纤维结晶度没有明显影响;有序纤维膜的拉伸强度显著增大,断裂伸长率下降。     

有序PEO/PHB核壳超细纤维的制备及性能

以聚氧乙烯(PEO)/氯仿溶剂为核层纺丝液,聚β-羟基丁酸酯(PHB)/氯仿溶剂为壳层纺丝液,通过同轴静电纺丝技术和高速旋转接收辊制备了有序排列的PEO/PHB核壳超细纤维.采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、X射线衍射仪(XRD)和动态热机械分析仪(DMA)对制备的PEO/PHB核壳超细纤维膜的表面形貌、核壳结构、热性能、结晶性能和力学性能进行表征.结果表明:实验制备的PEO/PHB纤维具有显著的核壳结构,纤维排列有序,纤维平均直径为0.57～1.27μm;PEO/PHB核壳超细纤维晶体结构中含有组分PHB的α型晶体和组分PEO的单斜晶体;增加纺丝电压,纤维直径减小,结晶度先增大后减小;增加推注速度,纤维直径增大,结晶度先增大后减小;增加收集距离,纤维直径先减小后增大,结晶度先增加后减小.改变单一纺丝条件,在纺丝电压18 kV或推注速度0.07 mm/min或收集距离8 cm的条件下所制备的纤维膜均具有较高的力学性能;与纯PHB纤维和纯PEO纤维比较,有序排列PEO/PHB核壳超细纤维中各组分热学稳定性均有所提高.     

高温对碳纤维拉伸性能的影响

碳纤维复合材料在加工和应用时,因经过高温处理,其性能有所改变,限制了其使用范围。研究了3种碳纤维拉伸性能随温度的变化规律。结果表明:日本东丽、东邦和美国阿莫科碳纤维分别在200、500、800℃下高温处理1h,随温度升高,3种碳纤维强度和伸长率都减小,其中东邦碳纤维强度损失最小;对东邦碳纤维进行100~1000℃的两种方式高温处理,碳纤维强度都先增大后减小,当温度升到500℃时,强度达最大;模量随着温度的升高先增大后减小,断裂伸长率明显降低;600℃时纤维直径开始明显变细。     

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。     

大丝束PAN纤维热反应特性及其在连续预氧化过程中的结构性能演变

利用热应力、DSC、FTIR、元素分析(EA)、XRD及力学性能、密度等测试表征手段,结合小丝束(24K)聚丙烯腈(PAN)原丝,解析了大丝束(48K) PAN原丝的热反应特性,并采用50 min连续预氧化制备高性能大丝束碳纤维,研究了大丝束PAN原丝连续预氧化过程中的结构性能演变规律。结果表明,大丝束PAN纤维的化学热应力是小丝束的1.13～1.43倍,且启动温度更低,当温度为250℃时,化学热应力差值最大,对应大丝束纤维密度为1.316 g/cm³;纤维内准晶区在反应初期即大量转化为无定形状态,准晶区晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势;50 min连续预氧化制备的大丝束碳纤维单丝拉伸强度和拉伸模量分别为4 240 MPa和244 GPa,相关力学性能达到市售国外大丝束碳纤维同等水平。     

黄麻纤维基炭纤维的制备

黄麻纤维经预氧化和炭化后制备出低成本炭纤维。采用差示扫描量热仪(DSC)研究黄麻纤维在空气和氩气中的热行为。采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、元素分析仪、X射线衍射仪(XRD)研究预氧化过程中黄麻纤维的化学结构和晶体结构,采用扫描电子显微镜(SEM)研究黄麻纤维的形貌变化。最佳的预氧化温度范围为250~340℃。在250℃黄麻纤维发生显著的氧化反应,CO官能团强度也达到最大值。同时,纤维素晶态结构消失并出现一新的环化结构。随着温度由250℃升高到340℃,CO官能团强度逐渐减弱而环化结构逐步发展。黄麻纤维基碳纤维(JBCFs)的拉伸强度与环化结构的特征峰值成正比,与CO官能团强度无关。黄麻纤维基碳纤维(JBCFs)的最大拉伸强度达到(200.4±41.0)MPa。