聚丙烯腈纤维烯胺结构的形成及其氧化特性的研究

将聚丙烯腈(PAN)纤维在惰性气氛下进行热处理,通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、1 3C固体核磁共振(13C-NMR)、差示扫描量热(DSC)等方法研究了PAN纤维中烯胺结构的形成及其氧化特性。结果表明:惰性气氛下PAN纤维在热处理过程中氰基发生键断裂形成亚胺结构,并在温度达到190℃时开始向烯胺结构转变;随着热稳定化过程的进行,亚胺结构增加到一定程度后呈现下降趋势,而烯胺结构不断增加;热处理温度越高,亚胺结构向烯胺结构转变的越多且速率越快;将在惰性气氛下经不同温度热处理得到的PAN纤维进行空气气氛下的DSC分析,发现氧化反应的放热量与烯胺结构含量存在较好的线性关系,表明烯胺结构比其他特征结构更容易发生氧化反应。     

PAN预氧化纤维结构与热处理温度的关系

在空气气氛中不同温度下对聚丙烯腈(PAN)原丝热处理8 h,制得PAN预氧化纤维。借助差示扫描量热分析、红外吸收光谱、X射线衍射、固体核磁等测试手段,表征了不同温度处理的PAN纤维的预氧化程度,研究了PAN预氧化纤维的结构特点。结果表明:不同温度下PAN纤维的预氧化程度不同,随着温度的提高而提高;PAN纤维预氧化程度不同,缘于不同温度下预氧化反应差异造成的预氧化结构的不同;预氧化温度越高,未环化的C≡N结构中共轭的C≡N结构相对含量越多,不利于进一步环化;环化反应在190~220℃较剧烈,在220℃以后反应趋于缓和;脱氢反应在190~210℃比较缓慢,在温度高于220℃开始剧烈进行;190℃以上发生氧化反应。     

DSC法研究聚丙烯腈纤维的环化反应动力学

通过差示扫描量热(DSC)法研究了聚丙烯腈(PAN)纤维的热性能及其在不同升温速率下的环化反应动力学。结果表明:PAN纤维在氮气气氛中只发生环化反应,DSC曲线的放热峰尖而窄。根据Kissinger法得出其活化能为66.86 kJ/mol,反应级数为1。由DSC曲线及外推法得到升温速率为0时,其放热峰峰值为256.8℃。随着稳定化时间的增加,PAN纤维的环化度增大,纤维稳定化程度提高。     

张力拉伸对PAN纤维热稳定化反应进程的影响

在不同拉伸条件下,对聚丙烯腈(PAN)纤维进行热处理。借助傅里叶变换红外光谱、X射线衍射等表征手段,研究了PAN纤维热稳定化过程中,拉伸张力对纤维分子链聚集态结构及化学反应的影响。结果表明:PAN纤维热处理过程中,施加张力会在一定程度上影响纤维的环化反应。当热处理温度较低(180℃)时,施加张力可抑制环化反应的发生;热处理温度较高(大于200℃)时,拉伸张力有利于环化反应的发生。热处理过程中,施加张力,对PAN纤维结晶度影响较小,晶区取向和全取向度增加,晶粒尺寸增大。这是由于拉伸与温度双重作用影响了纤维的聚集态结构,导致参与环化反应的分子数量发生变化。     

热致液晶聚芳酯纤维的纺丝与固相缩聚

就热致液晶聚芳酯纤维的纺丝温度、热处理条件对纤维性能的影响进行了研究。通过差示扫描量热仪、纤维强力仪等对聚芳酯纤维的热性能及断裂强度进行了研究和分析,通过原子力显微镜对纤维的表面形态进行了观察,发现热致液晶聚芳酯纤维具有非常好的成纤特性,在热处理过程中,发生固相缩聚反应,高分子的相对分子质量增加,纤维断裂强度提高。     

电纺PAN纳米纤维的碳化工艺研究

研究了电纺方法制备的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维的碳化工艺。利用热重/差热(TG/DTA)分析仪对其升温过程中的物理化学反应过程进行了分析,讨论了在空气和氮气两种氛围内原纤维的热氧化、分解过程,发现在290℃附近PAN纤维发生强烈的氧化反应,温度达到930℃时,原纤维几乎完全转化为碳纤维。利用扫描电镜(SEM)和Raman光谱仪对不同温度下稳定化和碳化处理得到PAN基碳纤维进行了深入的研究,得到了电纺PAN原纤维碳化的工艺规律。     

拉伸与热定型对聚苯硫醚长丝结构性能的影响

以国产聚苯硫醚(PPS)树脂为原料,用熔融法纺丝制得PPS长丝。采用差示扫描量热仪、热重分析仪研究了后处理对纤维结晶和热性能的影响;利用声速取向测量仪研究了拉伸对纤维取向的影响;用单纱电子强力仪测量了纤维力学性能。结果表明:热拉伸倍数增大,PPS纤维取向度、结晶度增加,纤维的断裂强度增加,断裂伸长减小;拉伸倍数大于5,会出现较多毛丝和断头;控制热拉伸温度85～105℃,热定型温度100℃以上;纤维的结晶主要在热拉伸过程中基本完成,热定型进一步完善结晶结构;高温下氧气的存在,会使PPS纤维发生严重的氧化降解。     

光密度法研究聚丙烯腈纤维的热稳定化过程

采用梯度升温曲线,在170～310℃内,每间隔10 min升高10℃对聚丙烯腈(PAN)纤维进行热处理,使用光密度法研究了PAN纤维的热稳定化。结果表明:PAN纤维在热稳定化过程中光密度发生了变化,热稳定化过程中纤维表面会发生反应生成致密的氧化层,导致皮芯结构的形成。光密度法是系统研究PAN纤维热稳定化程度与氧化均匀性的理想方法,具有良好的准确性灵敏性;引入了光密度标准差有效评估PAN纤维皮芯结构程度。     

聚乙二醇-聚乙烯醇相变储能纤维的制备及其性能

以聚乙二醇(PEG)为相变物质,聚乙烯醇(PVA)为纤维基体,加入少量丁烷四羧酸(BTCA)作为交联剂,采用干法纺丝制备相变储能纤维,利用原位交联法在纤维拉伸热定形过程中使BTCA与PVA、PEG发生交联,将PEG接枝在PVA上。研究了BTCA、PEG合适的添加量以及最佳热定形温度对PEG保留率的影响,并通过差示扫描量热法、扫描电镜对纤维的热性能和形貌进行了分析。结果表明:当PEG添加量为30%(占PVA质量的百分数)、BTCA添加量为5%(占PVA质量的百分数)时,纤维充分交联,200℃下热处理10 min所得纤维PEG的保留率98%;制得的纤维的相变热焓可达34 J/g,拉伸强度可达3.26 cN/dtex;在升降温循环400次后仍具有良好的储能性。     

二硼化锆陶瓷前驱体纤维的制备及表征

利用八水合氧氯化锆、硼酸、蔗糖和柠檬酸为无机原料,聚乙烯醇为有机原料,采用有机、无机共混反应制得前驱体溶液,并利用干法纺丝制得前驱体纤维,通过红外光谱(IR)、差示扫描(DSC)、热失重(TG)分析表征发生的反应及产生的一系列变化,利用扫描电镜(SEM)观察纤维的形态结构。结果表明:无机成分与聚乙烯醇发生了反应并使聚乙烯醇变得稳定,制得了光滑致密的纤维,为下一步制得ZrB2陶瓷纤维做好了准备。     

分析测试

<正>20141225用热重分析法分析高性能纤维在空气中的热降解动力学Cai G.…;Industria Textila,2011,62(4),p.187(英)高性能纤维,如高分子材料,广泛应用在航天和高温环境中。这些纤维应用在如此高的温度下会发生降解。热重分析技术已被用于评估50~800℃大气环境下高性能纤维的热降解及其动力学参数。降解率和特征温度是从TG及DTG曲线得到的。热降解动力学是按照Freeman-Carroll方法分析,并得到纤维的活化能。相应得到的四种高性能纤维活化能和降解反应顺序表明:聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)     

硫酸水解法改性聚丙烯腈纤维的结构与性能

采用硫酸(H2SO4)水解法对聚丙烯腈(PAN)纤维进行改性,并使用差示扫描量热法、傅里叶变换红外光谱、扫描电镜等手段研究了H2SO4溶液浓度与处理温度对改性PAN纤维的热性能、表面形貌及力学性能等的影响。结果表明:适宜的H2SO4水解条件为H2SO4溶液质量分数30%,水解温度130℃,水解时间40 min;在此条件下得到的改性PAN纤维对比未改性纤维,其热稳定化反应起始放热温度由255℃降低到238℃,峰值温度由322℃降低到290℃,放热峰宽增大,从而有助于提高预氧化工艺的可控性;在改性过程中部分氰基水解为酰胺基和羧基,纤维中的氧元素含量增加,氮元素含量减少,纤维的本体结构受到了一定的损伤,导致纤维力学性能有所降低。     

氧对PAN分子侧氰基反应进程的影响

采用固体13C-CP／MAS,FT-IR和DSC方法分析自制二元共聚PAN纤维在不同气氛下的热稳定化 行为,研究氧对PAN分子侧氰基反应的影响。结果表明:在无氧气氛下处理时,PAN分子先发生环化反应; 而在有氧气氛下,先发生脱氢反应,再发生环化、氧化反应,氧化反应中氧与PAN分子链结合生成C=O, HC-OH等官能团,氧可以促进环化、脱氢反应的发生,PAN链状分子结构逐渐演变为耐热的含氧梯型聚合 物结构。     

张力对聚丙烯腈纤维不熔化过程中氧化反应的影响

通过连续的不熔化实验,在不同温度段对聚丙烯腈纤维施加不同的张力,得到一系列不熔化纤维。借助差示扫描量热法(DSC)、元素分析(EA)、场发射扫描电镜(FESEM)等表征手段,研究张力在不熔化过程中对氧化反应的影响。结果表明,在175~218℃,随着张力的增大,纤维内氧含量减少,氧含量梯度(氧梯度)变化不大;在226~232℃,氧含量随张力增大先增多后减少,张力较大使得更多氧参与反应,纤维皮部与芯部氧含量差异增大,氧梯度较大;在238~270℃,随张力增大纤维内氧含量增多氧梯度增大。     

中间相沥青纤维预氧化过程中交联机理的研究

中间相沥青纤维的预氧化主要依赖沥青分子之间的氧化交联,包括含氧官能团的生成和脱除,因而研究纤维预氧化过程中的交联机理对制备高性能中间相沥青基碳纤维尤为重要。采用元素分析、核磁共振以及傅里叶变换光谱对中间相沥青预氧化过程中的官能团结构以及转变进行分析。结果表明,预氧化过程中首先生成一些热稳性较低的羟基、脂肪醚基等含氧官能团,随着氧化反应的进行,这些官能团逐步转变为热稳定较高的羧基、羰基以及芳醚,交联度增强,纤维内形成以氧为连接点的交联网络。同时应力测试表明,随着预氧化反应的进行,分子内部发生化学反应形成交联结构,应力增大,与上述预氧化过程中官能团转变结论相一致。     

苎麻纤维增强高密度聚乙烯复合材料性能研究

通过双螺杆挤出制备了苎麻纤维增强高密度聚乙烯（PE HD）复合材料,并利用傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、差式扫描量热仪及热失重分析仪等分析仪器考察了苎麻纤维含量对于复合材料性能改善的效果。结果表明,在PE HD中添加苎麻纤维及一定量的相容剂后,苎麻纤维和基体树脂表面会形成酯键以增强两者之间的界面黏结;复合材料在应用温度（0~100 ℃）下不会出现热失重现象;苎麻纤维的加入会降低复合材料的结晶度;增大苎麻纤维的含量,能有效提高复合材料的热稳定性。     

梯度热拉伸共聚芳砜酰胺纤维的结构与性能

对共聚芳砜酰胺(PSA)初生纤维进行5级热拉伸,研究了不同拉伸级数下PSA纤维的力学性能、动态力学性能、结晶度、晶区取向度以及片晶结构的变化。结果表明:热拉伸前后的PSA纤维都在425℃左右开始发生分解,热拉伸前后纤维的玻璃化转变温度(Tg)从375℃降为365℃;随着热拉伸的进行,纤维的断裂强度逐步增大,低于Tg进行热拉伸,纤维超分子结构没有明显变化,只发生非晶区的取向;高于Tg进行热拉伸,大分子发生显著的取向和结晶,并形成片晶结构,无定型区沿轴向尺寸增大;纤维经过5级拉伸后,其断裂强度和初始模量分别提高到2.02 cN/dtex和31.88 cN/dtex。     

聚酰亚胺——轶纶~的热稳定性研究

轶纶是长春高琦聚酰亚胺材料有限公司生产的一种聚酰亚胺纤维。从热失重分析、动态力学分析、静态力学分析以及耐热性对比等4个方面讨论了轶纶的热稳定性。由试验数据得知:轶纶R的玻璃化转变温度为380℃左右,并且在500℃之前不发生热分解反应。通过对比可以发现,轶纶R的热稳定性优于奥地利产聚酰亚胺纤维P84、聚四氟乙烯、聚苯硫醚等现有的高性能合成纤维。     

聚醚醚酮纤维的拉伸定形后处理研究

通过熔融纺丝制得聚醚醚酮(PEEK)纤维,并采用差示扫描量热仪(DSC)、声速取向测量仪、热重分析仪、单纱电子强力仪分别研究了干热拉伸及热定形处理对PEEK纤维结晶和取向、热稳定性及力学性能的影响。结果表明:随着热拉伸倍数增大,PEEK纤维取向度、结晶度增加,纤维的断裂强度增加,断裂伸长减小;PEEK纤维的热拉伸温度应选在200～240℃,热定形温度应为220～260℃;PEEK纤维的重结晶主要是在热拉伸过程中完成,热定形则进一步完善纤维的结晶结构;经过后处理,PEEK纤维的断裂强度可达到6.12cN/dtex;且具有优异的热稳定性能,热分解温度高达505℃,后处理几乎不影响PEEK纤维的热稳定性。     

静电纺丝法制备BaO微/纳米纤维及其表征

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为络合剂,与醋酸钡[Ba(CH3COO)2]反应制得前驱体溶液;以36%乙酸为钡盐的相容剂,和乙醇组成了混合溶剂体系,用静电纺丝法制备了PVP/Ba(CH3COO)2纤维,经煅烧得到BaO微/纳米纤维。对所制备纳米纤维的结晶度、纯度和表面形貌,分别采用差热-热重分析、红外光谱、X-射线衍射、扫描电镜等进行了表征。结果表明:煅烧前后,纤维的结晶度和形貌有很大变化。