聚丙烯腈原丝及其干喷湿纺

介绍了用于 PAN基碳纤维的聚丙烯腈原丝的发展历史 ,阐述了聚丙烯腈纺丝工艺中的主要工序和技术关键 ,指出了可以在聚合、纺丝过程中通过控制杂质及使用高相对分子质量的 PAN树脂纺制 PAN纤维等方法来提高原丝的性能。着重介绍了目前纺丝工艺中 PAN共聚体的制备、纺丝流体的流变行为及其凝固过程等重要工序的研究成果     

PAN基碳纤维原丝纺丝技术及其发展现状

简介了PAN基碳纤维原丝纺丝技术的发展进程.结合目前全球主要PAN基碳纤维生产企业碳纤维原丝产品的生产方法、专利及学术研究情况,分别对湿法纺丝、干喷湿纺、凝胶纺丝、静电纺丝、熔融纺丝等PAN基碳纤维原丝典型的纺丝技术以及知识产权情况进行了阐述和分析.指出我国碳纤维技术仍处于入门阶段,其发展受许多重要因素制约,必须把我国碳纤维产业化发展提升到国家战略高度予以重视.     

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。     

国内外PAN基碳纤维的研究进展

介绍了聚丙烯腈基碳纤维材料的应用与聚丙烯腈基碳纤维生产技术在国内外的现状与发展,重点介绍了PAN基碳纤维原丝的制备工艺,聚合体系的组成与研制,纺丝工艺的特点及PAN原丝预氧化工艺和PAN的碳化工艺的研究。在现阶段我国聚丙烯腈基碳纤维在生产与研制上与国外的差距,并对高性能碳纤维复合材料产业在我国的发展作了展望。     

低成本PAN基碳纤维原丝生产技术研究

针对PAN原丝湿法纺丝工艺,分析了影响原丝成本结构的3个因素,即原材料消耗、过程消耗以及溶剂消耗。提出了降低原丝生产成本的6项措施和改进建议,表明低成本原丝生产技术的应用,将使原丝的生产成本降低27%以上,并将大幅度降低碳纤维的制造成本,推动碳纤维材料进入更加广阔的应用市场。同时,也为国内碳纤维项目设计和原丝工艺优化提供了一定的参考。     

PAN基碳纤维原丝产品均质性研究

从纺丝生产工艺方面对聚丙烯腈(PAN)原丝产品均质化的影响因素进行了试验探讨。研究表明:优质的PAN原丝是碳纤维发展的基础,而均质化差的PAN原丝将导致原丝产品质量的性能缺陷及生产波动,极大的影响原丝的加工性能。     

凝固浴对PAN原丝性能的影响

在生产聚丙烯腈(PAN)炭纤维过程中,纺丝期间凝固浴的各种条件对纤维的成型和性能起着关键作用。本文介绍PAN高聚物在湿法一步法纺丝过程中二甲基亚砜(DMSO)凝固浴各种成型工艺条件对PAN原丝的结构、机械和物理性能的影响。     

聚丙烯腈基碳纤维纺丝过程中的取向性研究

以聚丙烯腈(PAN)为原料,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,通过干喷湿纺工艺制备PAN基碳纤维原丝,采用X射线衍射仪对纺丝过程中不同工艺阶段纤维微晶进行测试,研究PAN纤维在纺丝过程中密度和微观结构的变化.结果表明,在纺丝过程中PAN纤维通过凝固浴、水洗、沸水牵伸、致密化、蒸汽牵伸和热定型工艺,纤维的密度增大、线密度逐步...     

聚丙烯腈基碳纤维抗拉强度的影响因素

提高抗拉强度是碳纤维性能研究的重要目标。讨论并分析了原料、原丝工艺、预氧化工艺、碳化工艺及检测方法等诸多因素对聚丙烯腈基碳纤维抗拉强度的影响。提出了提高碳纤维抗拉强度的建议:聚合原料需精制,纺丝液要精滤;纺丝采用干喷湿纺技术;避免使纤维产生缺陷等。     

高端工业应用驱动国内碳纤维迎来发展新机遇

碳纤维生产流程分析：生产流程长,技术壁垒高。PAN基碳纤维生产流程包括丙烯腈聚合形成PAN纺丝液、PAN原丝的制备、PAN原丝的预氧化工艺、PAN原丝低温碳化及高温碳化工艺、表面处理形成碳纤维产品、与树脂等形成复合材料及最终的工业、军用等产品。工艺流程长,核心关键技术多,实现工业化生产技术壁垒高,并还有很强规模效应。目前国内制造企业与国外龙头企业还存在的不小的差距。     

基于晶体角度研究聚丙烯腈基原丝及其碳纤维性能

纤维内晶体的结晶度、晶体尺寸等均会对聚丙烯腈基原丝及碳纤维的性能产生影响。从晶体角度出发,采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜等对碳纤维及其原丝的结构、性能进行测试,分别对干喷湿纺与湿法纺丝制备的高低细旦化原丝及碳纤维、不同碳化程度碳纤维进行对比,分析纤维内部晶体结构对碳纤维特性的影响。结果表明:干喷湿纺工艺及高倍拉伸更容易获得较高力学性能的碳纤维。     

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。     

Characteristics of wet‐spun and thermally treated poly acrylonitrile fibers

The performance of carbon fibers depends on the quality of the precursor and the conditions of the thermal treatment. In detail, for a PAN precursor fiber the viscosity of a spinning dope and the draw ratio during the spinning process needs to be considered. Through wet spinning, different types of PAN precursor fibers with defined spinning parameters, including solid content, solvent content in a bath, and especially draw ratio resulting in defined cross section diameters, were fabricated and analyzed with tensile tests, density investigations, SEM, TGA‐MS, FTIR, and XRD. The results show that the mechanical properties of the fibers correlate to crystallinity. The cross section diameter is strongly related to the morphology of the fibers after thermal treatment. By extending the postdrawing of PAN fibers high tenacities were obtained at the cost of the cross section shape. In addition, TGA measurements reveal trapped residues of the wet spinning process as well as show several chemical reactions takes place at the same time at different temperatures. © 2016 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2016 , 133, 43698.     

用DSC研究选择聚丙烯腈原丝的共聚单体

本文主要利用差示扫描量热分析(DSC)研究了聚丙烯腈的共聚物及其原丝的热性能，研究结果发现国产原丝具有相似的放热单峰，而日本某公司的原丝具有两个峰，分峰使聚丙烯腈原丝放热峰宽化，避免了在预氧化、碳化时放热集中产生熔化、断丝现象．聚丙烯腈原丝的纺丝、溶解、氨改性等加工过程不能明显改变其放热峰的形状，而共聚单体的种类和组成配比才是最重要的因素，通过适当的共聚单体选择、配比设计可以制得具有与日本原丝放热峰相似的聚丙烯腈聚合物或原丝。     

浅谈提高聚丙烯腈基碳纤维性能的几种关键技术

从国外研究较多的共聚单体、聚丙烯腈原丝的改性、上油油剂等三个方面论述了提高聚丙烯腈基碳纤维性能的几种关键技术。聚丙烯腈原丝的热性能与共聚单体的种类和加入量有重要关系。共聚单体的加入促进纤维预氧化反应 ,使碳纤维性能和炭化收率都得到提高。各种各样的化学试剂用于改性聚丙烯腈原丝后 ,对改善最终碳纤维的结构和性能有重要的作用。油剂的使用对聚丙烯腈原丝的质量 ,如耐热性、亲水性、集束性、分纤性及加工毛丝率等有重要的影响     

聚丙烯腈原丝的凝固成形与相分离研究进展

以热力学相图为工具,探讨了聚丙烯睛(PAN)原丝凝固成形过程。从相图中原丝凝固成形的不同途径和相应的织态结构可以知道,原液体系以旋节方式分相是最佳的热力学路径。原丝凝固成形可以看作是浓度致变相分离(CIPS)和热致变相分离(TIPS)两种相分离形式的组合,通过后者得到高性能原丝要容易实现得多。可以根据相图来优化纺丝工艺条件,通过调节凝固浴浓度、纺丝液浓度、初始纺丝温度以及淬火深度.削弱CIPS过程在凝固成形中的作用,使凝固成彤尽可能多的以TIPS方式通过旋节线和双节线的交界处进行,以得到具有理想结构的优质的PAN原丝。     

聚丙烯腈基碳纤维生产工艺特性研究

以丙烯酸 (AA)为第二共聚单体与丙烯腈 (AN)进行溶液聚合 ,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂 ,二甲基亚砜 (DMSO)作为溶剂合成聚丙烯腈 (PAN)原丝纺丝溶液。研究了单体浓度、引发剂的用量等对聚合反应的影响。探讨了聚丙烯腈原丝及其预氧丝、碳纤维制备的工艺过程 ,对纤维的结构和性能进行了 SEM和 TEM分析     

Influence of continuous stabilization on the physical properties and microstructure of PAN-based carbon fibers

A continuous stabilization and carbonization process was used to prepare polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers. The stepwise stabilization of PAN fibers was tried at various temperatures. The effect of stepwise stabilization on the physical properties and microstructure of the final carbon fibers is reported in this article. The fixed temperature in stepwise stabilization is kept below the fusion temperature of PAN precursors to avoid overstabilization of the fibers. The optimum stepwise stabilization process not only increases the amount of ladder polymer in stabilized fiber but also improves the physical and mechanical properties of the resultant carbon fibers. The formation of closed pores from open pores in carbon fiber occurs at 1100°C, but the formation of closed pores occurs at 200°C lower for carbon fiber developed from overstabilized fiber. The effect of continuous stepwise stabilization on the properties of resulting stabilized fibers and the variation in physical properties, element composition, and microstructure of carbon fibers during the carbonization process are also reported in this article.     

聚丙烯腈基碳纤维灰分的来源及其影响因素

研究了聚丙烯腈(PAN)原丝及PAN基碳纤维灰分的形态结构及化学成分,分析了碳纤维灰分产生的原因及其影响因素。结果表明:PAN原丝灰分及碳纤维灰分主要由C、O及Si三种元素组成,并且Si元素为灰分的主体成分;原丝灰分与碳纤维灰分之间存在线性关系;油剂种类及上油率是影响原丝及碳纤维灰分含量的主要因素;油剂中硅含量高,上油率高均会导致原丝及碳纤维灰分的大幅提高。     

Polyacrylonitrile/acrylamide‐based carbon fibers prepared using a solvent‐free coagulation process: Fiber properties and its structure evolution during stabilization and carbonization

Polyacrylonitrile (PAN)/acrylamide (AM) fibers were fabricated via dry‐jet wet spinning process using a solvent‐free coagulation bath. The effects of AM loading as comonomer on the mechanical and thermal properties of PAN‐based carbon fiber have been studied. The thermal stability and mechanical stability of the fibers were characterized using differential scanning calorimetry (DSC) and tensile testing. Fibers fabricated from PAN with 5 wt% AM had the highest Young Modulus at 5.54 GPa. It also showed better exothermic trend process with broader exothermic peak and lower initiation stabilization temperature compared with homopolymer PAN. The elemental composition and chemical structure evolution of the fibers during the heat treatment processes were evaluated by elemental analyzer and Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Crystal structure evolution of the fibers during the heat treatment process was elucidated by X‐ray diffraction (XRD) analysis. The elemental analyzer, XRD and FTIR results revealed that pyrolysis process used had successfully transformed PAN/AM fibers produced from solvent free coagulation bath into carbon fibers that were comparable with the conventional coagulation bath. POLYM. ENG. SCI., 2012. © 2011 Society of Plastics Engineers