四元共聚及氨化改性PAN原丝及其碳纤维研究

在工程线上进行了四元共聚及四元氨化改性聚丙烯腈(PAN)原丝及其碳纤维研制。采用浊点测试法表征了含磺酸基第四单体纺丝液的亲水性,并确定了其共聚含量;通过动态机械分析(DMA)和差示扫描量热分析(DSC)分别测试了氨化前后原丝的玻璃化转变温度(Tg)和预氧化特性。采用质量膨润度、原丝碘吸附量、结晶取向度、原丝体密度等表征了氨化前后四元共聚原丝的结构致密性。结果表明,氨化改性较磺酸基第四单体可显著提高四元共聚纺丝液的亲水性;红外光谱证明第四单体共聚于PAN分子链中;氨化后PAN原丝Tg升高约2.6℃,达到111.28℃;氨化未改变预氧化的峰顶温度。质量膨润度及原丝体密度表明氨化提高了原丝的致密性,但结晶取向度和原丝拉伸模量下降。工程线上碳纤维生产结果表明,四元氨化改性碳纤维强度>3 500 MPa的合格率较四元共聚的提高12%,达到90%,同时钩接强力也由四元的76 N提高到87 N。     

干喷湿纺法制备T700级聚丙烯腈基碳纤维

采用丙烯腈、氨化试剂A、丙烯酸甲酯为聚合单体,以偶氮二异丁腈为引发剂,在溶剂二甲基亚砜中合成了聚丙烯腈原丝纺丝液,经干喷湿纺法纺丝制得聚丙烯腈原丝,经预氧化和炭化得到了T700级高性能聚丙烯腈基碳纤维。采用扫描电子显微镜,差示扫描量热仪,电子万能材料试验机对纤维的性能进行了研究。研究了空气层距离、喷丝头长径比、凝固浴浓度、空气拉伸比对干喷湿纺法制备纤维性能的影响。在空气层距离为40mm、凝固浴浓度为70%、喷丝头长径比为10.0、空气拉伸比为1.8条件下,采用干喷湿纺法制得的T700级聚丙烯腈基原丝及碳纤维的表面光滑、无沟槽,截面形貌为圆形;原丝的拉伸强度可达8.7cN/dtex,拉伸弹性模量可达154.7cN/dtex,碳纤维的拉伸强度可达5 750MPa,拉伸弹性模量可达220GPa。     

成形条件对PAN原丝微孔结构及热性能的影响

将不同浓度的聚丙烯腈(PAN)原液在不同凝固浴温度下进行湿法纺丝,制得PAN原丝,再将PAN原丝在沸水浴中进行5倍拉伸。探讨了成形条件以及拉伸对PAN原丝微孔结构及热性能的影响。结果表明:当PAN纺丝原液质量分数为22%,凝固浴温度为10℃时,可以得到结构均匀致密的PAN原丝。PAN原丝经5倍拉伸后热分解温度降低,残留量减小。     

最新专利

<正>一种硫酸处理辐照改性聚丙烯腈预氧化纤维的制备方法公开号CN 106192362A/公开日2016-12-07/申请人仇颖超题述制备方法为以聚丙烯腈(PAN)为原料,预处理后与有机溶剂混合得均一透明纺丝液,将其进行真空干燥、脱泡、纺丝、固化、冻干得PAN原丝,然后对原丝改性处理得改性PAN原丝,最后将改性原丝拉伸、预氧化、硫酸处理、洗涤、干燥得硫酸处理辐照改性PAN预     

基于熔融纺丝PAN原丝的数值模拟研究

采用熔融纺丝制备聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝,根据聚合物熔融纺丝的基本原理,选取PhanThien-Tanner微分粘弹模型,利用Polyflow软件对PAN熔融纺丝过程进行数值模拟,研究了PAN原丝制备过程的直径变化、拉伸速率分布、温度分布规律。结果表明:在距喷丝板0~10 cm处纤维直径急剧缩小,10~20 cm处开始缓慢减小,之后趋于稳定,纤维表面和纤维中心拉伸速率几乎重合,纤维中心温度一直高于表面温度,在离喷丝板2~15 cm处,纤维中心温度与表面温度之差较大,之后温差变小最终趋于0℃;数值仿真模拟可以较准确地模拟PAN熔融纺丝过程;熔融纺丝制得PAN原丝,其断裂强度能满足高性能碳纤维原丝的强度要求。     

沸水再拉伸速率对聚丙烯腈纤维结构与性能的影响

以1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)为溶剂溶解聚丙烯腈(PAN)制成PAN纺丝原液,采用干喷湿法纺丝,经过凝固、预拉伸、沸水拉伸制得PAN纤维,对所得PAN纤维进行沸水再拉伸处理,研究了沸水再拉伸速率对PAN纤维结构和性能的影响。结果表明:PAN纤维中残留质量分数为4.38%的离子液体,为沸水再拉伸起到了增塑作用;随着沸水再拉伸速率的增大,PAN纤维的力学性能提高,断裂强度由2.69cN/dtex提高到4.33 cN/dtex,而断裂伸长率由26%减小到20%,纤维的玻璃化转变温度、晶区取向度、双折射率、结晶度、晶粒尺寸均增大。     

热定型张力对PAN原丝结构与性能的影响

研究了热定型过程中的张力对PAN原丝结构与性能的影响。结果表明：热定型张力对PAN原丝的物理性能影响很大;随着热定型张力减小,PAN原丝的抗拉伸强度和初始模量随之减小,而断裂后伸长率逐渐增大;沸水收缩率和取向度也随着定型松弛幅度的增加而降低。     

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。     

北京化工大学的DMSO法PAN原丝小试课题通过国家石化局组织的专家技术鉴定

2000年12月22日,国家石化局在北京化工大学召开了“九五”科技攻关课题“DMSO法PAN原丝的小试鉴定,专家们认为该课题组研制的湿纺1K PAN原丝,基本上达到了相当于国外T300型的原丝指标,纤度为0.9-1.3 dtex,拉伸强度为7cN/dtex以上,断裂伸长为15％,模量≥90cN/dtex,用该复丝烧出的PAN基碳纤维,拉伸强度为3.7-3.8GPa,断裂伸长为1.3％-1.4％,模量为260-270GPa,与T300的PAN基碳纤维相比,模量高得多,而断裂伸长偏低,该成果处于国内领先。专家们希望继续做好基础研究工作,摸索出符合T300型碳纤维要求的3K-12K PAN原丝的最佳工艺条件和性能指标,为我国DMSO法PAN原丝的产业化作出贡献。     

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     

取向PAN/MWCNTs与热塑性聚烯烃复合材料的制备及表征

利用静电纺丝并借助高速旋转的滚筒和热牵引作用制备不同取向度的聚丙烯腈/碳纳米管（PAN/MWCNTs）纳米纤维膜,通过高速滚筒和热牵引提高PAN的结晶度从而提高材料的拉伸强度和弹性模量,但会降低断裂伸长率;MWCNTs含量为0.5%（质量分数,下同）时PAN/MWCNTs力学性能最佳。利用浸渍法将各种取向度的PAN/MWCNTs纳米纤维膜与热塑性弹性体（POE）制备成一系列POE/PAN/MWCNTs复合材料（POE/PM）。结果表明,高取向度POE/h-P2M复合材料的拉伸强度比不取向POE/u-PME复合材料高71%,拉伸强度显著提高,断裂伸长率则减小,PAN/MWCNTs纳米纤维膜含量为6.7%时,复合材料的力学性能最佳。     

油剂结构与性能对PAN氧化碳化的影响

采用傅里叶变换红外光谱、元素分析、热重分析和粒径分析等方法研究了2种聚丙烯腈(PAN)纤维纺丝用油剂A和B的结构与热性能,以及油剂对PAN纤维预氧化和碳化过程的影响。结果表明:油剂A和B均为氨基改性硅油,热分解主要发生在模拟低温碳化阶段,油剂B的耐热性较油剂A更好;油剂A和B在模拟低温碳化阶段,其失重率分别为91.1%,81.7%,失重终止温度分别为456,718℃;油剂A和B的粒径分别为406,244 nm,油剂B的上油效果更好;经油剂A和B上油后制得的碳纤维的拉伸强度分别为3.62,4.13 GPa,拉伸模量分别为274,281 GPa;经热稳定性更好的油剂B上油后得到的PAN原丝在模拟氧化碳化过程中能够有效防止纤维热粘连,制备的碳纤维力学性能更好。     

氨化对PAN原丝结构性能的影响

在聚丙烯腈(PAN)原丝湿法纺丝生产过程中,以二甲基亚砜/水(DMSO/H_2O)为凝固体系,在DMSO质量分数为72%,温度为52℃的凝固浴中通过流量计定量加入氨,以凝固浴溶液的pH值衡量氨化量的大小,研究了不同pH值对PAN原丝结构、性能及可纺性的影响。结果表明:在凝固浴溶液的pH值为8.6~10.0时,PAN原丝径向形态由腰形变成腰圆形,最后变成圆形;随着凝固浴溶液pH值的升高,PAN原丝的结晶度先升高后下降,膨润度则先降低后升高,直径不均率下降,强力不均率先下降后升高;凝固浴溶液pH值为9.5时,PAN原丝的结晶度最高,膨润度最小,直径不均率和强力不均率最低,可纺性最好,最终PAN基碳纤维的强度最高为3.83 GPa。     

氨化改性对IA-AN聚合及PAN原丝热性能的影响

研究了衣康酸和丙烯腈共聚时NH3的加入对聚合反应速率的影响 ,并借助DSC和TG等测试方法分析了氨化处理对聚丙烯腈原丝热性能的影响。结果表明 :单体浓度最好控制在 2 2 %左右 ,IA氨化改性后 ,与AN的共聚反应速率提高 ,纺丝液和原丝的亲水性能明显增加 ,NH3改性条件下原丝的热性能与改性前相差不大 ,尚不足以形成双峰     

聚丙烯腈熔融纺丝技术进展

叙述了聚丙烯腈的结构特征，丙烯腈聚合物的增塑，增塑和非增塑聚丙烯腈熔融纺丝工艺和纤维性质。熔纺制得的聚丙烯腈纤维，适用于纺织、地毯以及用作碳纤维原丝。增塑熔融纺丝技术已达到相当高的水平，熔纺纤维的形态与普通聚丙烯腈纤维类似，但存在皮芯结构，芯部有微孔。制得的聚丙烯腈基碳纤维原丝，拉伸强度达５．５～６．６ｃＮ／ｄｔｅｘ，用这种原丝生产的碳纤维的拉伸强度约为３．６×１０３ＭＰａ，模量约为２．３３×１０５ＭＰａ，伸长率约为１．５％，可制得性能优良的航空航天用复合材料。非增塑熔融纺丝，采用特定的丙烯腈聚合物和纺丝条件，不添加任何增塑剂，用普通熔融纺丝机在１０００ｍ／ｍｉｎ或２０００ｍ／ｍｉｎ以上的速度纺丝，经拉伸可得强度２．２～１１ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸长率５％～３０％和模量５５～２２２ｃＮ／ｄｔｅｘ的纤维。     

聚丙烯腈碳纤维原丝改性的研究进展

从聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的原丝改性入手,着重综述了PAN基碳纤维原丝改性的国内外现状,原丝改性主要以化学改性与物理改性为主,化学改性作为一种较为成熟的改性手段,其大大提高了碳纤维的力学性能;而物理改性主要以辐射改性为主,辐射改性能够改善预氧化过程,对碳纤维最终性能的影响尚需进一步深入研究。最后对PAN基碳纤维原丝的改性研究进行了展望。     

纺丝条件对PVDF/PVP共混中空纤维膜性能的影响

采用干-湿法纺丝工艺制备PVDF/PVP共混中空纤维膜,利用红外分析技术和广角粉末衍射表征了膜组成和结晶性质,考察了液膜空气蒸发时间、铸膜液脱泡时间、拉伸速度、芯液温度等纺丝条件对膜的纯水通量、截留率、拉伸强度、断裂伸长率等性能的影响.结果表明,随芯液温度提高,膜纯水通量和截留率变化不大,但能显著提高拉伸强度和断裂伸长率;随着铸膜液脱泡时间和液膜在空气中蒸发时间的延长,膜纯水通量下降,截留率升高,拉伸强度和断裂伸长率增大;拉伸速度与膜拉伸强度和断裂伸长率呈正相关,在3.28 m·min-1时的膜纯水通量和截留率表现最佳.试验条件下得出的最优纺丝条件为:芯液温度60℃,静置脱泡48 h,蒸发时间2s,拉伸速度3.28 m· min-1.     

PAN原丝沸水收缩率影响因素的探讨

采用溶液聚合和湿法纺丝制备碳纤维用聚丙烯腈(PAN)原丝,探讨了共聚组成、凝固浴温度、凝固浴浓度、拉伸介质和热定型温度对PAN纤维沸水收缩率的影响。结果表明,采用二元共聚物丙烯腈/甲叉丁二酸的质量比为99/1,凝固浴温度为30℃、凝固剂中二甲基亚砜质量分数为70%,热定型温度为160℃,拉伸介质为加压饱和蒸汽时,制备的PAN原丝沸水收缩率最低。     

干湿纺PAN纺丝溶液的制备及其性能研究

对以硫氰酸钠(NaSCN)水溶液为溶剂,分子量在8－11×10~4适合干湿法纺丝的聚丙烯腈(PAN)纺丝溶液的制备工艺及纺丝溶液的流变性能进行了深入的研究,为纺制高性能PAN基碳纤维原丝提供了实验依据。     

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.