PAN预氧化纤维的炭化过程

采用Raman光谱、XRD、AE、XPS和TG-MS方法分析PAN预氧化纤维在连续炭化过程中纤维结构参数和C、N、O含量的变化,以及反应中小分子的释放情况.Raman光谱分析表明:在炭化过程中纤维内sp2杂化的C-C原子键距逐渐变大,晶体尺寸增大,石墨化度也随之提高,乱层石墨结构趋于完善;XRD分析结果表明:炭化过程巾纤维的择优取向性提高,微孔含量减小是炭纤维体密度增大和强度逐步提高的原因所在;从预氧化纤维、低温炭化和高温炭化纤维的表面和本体元素分析的结果发现:炭化过程中碳元素的富集和非碳元素的脱除是由外向内的过程;TG-MS分析表明:小分子的释放主要发生在低温炭化的过程中,而高温炭化过程主要是大的梯形分子链交联脱除N2的反应.     

PAN纤维预氧化过程含氮结构的演变

采用红外、13 C核磁共振确定了聚丙烯腈预氧化纤维中氮的存在特征,采用X射线光电子能谱(XPS)测试了纤维中不同结合态氮的相对含量。通过对聚丙烯腈纤维进行不同温度、时间热处理,研究了纤维中不同结合态氮相对含量随温度时间的变化规律。结果表明:较低温度下(210℃)纤维中氮以未反应氰基(—C≡N)、共轭亚胺(—CC—CN—)及烯胺(C—NH—)形式存在,当温度高于210℃,烯胺结构中的氮转变为含氧吡啶环中的氮;延长预氧化时间有利于烯胺含量的累积,纤维结构中烯胺结构有利于氧原子与纤维环结构的结合。     

低温碳化过程PAN氧化纤维骨架结构转变

为实现PAN纤维在低温碳化过程的结构调控,利用核磁共振碳谱(13C-NMR)研究了PAN预氧化纤维在500-800℃的低温碳化过程中骨架结构的演变.结果表明:在低温碳化过程中,随着碳化温度的升高,预氧化纤维骨架结构中饱和的CH、CH2和C=0结构逐渐消失,共轭-HC=C<和>C=N-逐渐减小,共轭>C=C<逐渐增加,纤...     

预氧化过程中PAN纤维皮芯结构的变化

借助红外测试(FT-IR)、元素分析(EA)、扫描量热分析(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)系统研究了五种聚丙烯腈(PAN)纤维在预氧化过程中纤维皮芯结构的变化、差异、规律及其与热化学反应、结构变化的关联.结果表明:预氧化过程巾PAN纤维皮芯比的变化与纤维组成、结构和致密性等化学与物理性质密切相关.在一定预氧化条件下,皮芯比的变化与纤维热化学反应特性的差异、直径收缩率和密度的变化存在良好的对应关系.最终预氧化纤维的皮芯比与炭纤维的力学性能密切相关.     

PAN纤维预氧化过程的结构变化及热行为

采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和差示扫描量热分析(DSC)研究了PAN纤维在预氧化过程的结构和热性能变化。结果表明:随着预氧化温度的升高,纤维的微晶尺寸增大,到220~230℃时达到最大,此后逐渐减小,原准晶结构逐渐被破坏。纤维的芳构化指数随预氧化温度的升高不断增大,PAN链状分子在逐渐演变成梯形环状分子结构,230℃和275℃是PAN原丝热稳定化的转折点。随着预氧化温度的升高,洋葱球非晶组织发生了结构演变。非晶化转变是从晶区边界开始,由外部向芯部逐步进行。纤维的环化度随着预氧化温度的升高表现为增大。在较低温度增加较快,随后增加变缓。230℃后,环化反应加剧,环化度迅速提高。     

改性PAN共聚纤维在预氧化过程中的热应力应变

用傅立叶红外光谱仪、广角X射线衍射仪、元素分析仪等表征了改性纤维和未改性纤维的结构变化和基本物化性质,测量了改性纤维和未改性纤维在预氧化过程中的热应力应变行为,研究了KMnO4改性对纤维结构均一性的影响.结果表明:改性纤维的热应力与热应变的变化与纤维聚集态结构、化学组成、热化学反应变化具有良好的关联性;热应力表征可用于控制纤维结构.改性提高了PAN纤维的均一性.与未改性纤维相比,KMnO4改性纤维化学反应主导的热应力提前出现约20℃,预氧化纤维的热应力增加约25%;在负荷相同的条件下,易收缩,难伸长;在牵伸比相同的情况下,取向度高7.8%,微晶尺寸小9.9%.通过改性可制备出结构更规整,更利于碳化的预氧化纤维.     

碳纤维:2 沥青纤维和PAN纤维的氧化

本文第一部分讨论了沥青纤维和PAN纤维的物理特性,并断定两种纤维有基本上相同的BET表面积,0.5m~2/g,并有类似的小于0.03cc/g的总孔体积。本文概括了测定纤维的活性表面积(ASA)的实验结果。ASA是一个任意的参数,它包括在纤维晶体基础平面的边缘活性点面积的总和,也包括了空位和缺陷。已经发现ASA是在升高温度的情况下不同碳质材料的一个极好的活性指标(1)。习惯上,ASA的测定首先是将所研究的碳质材料样品在分子氧的初始压力为0.067KPa的气氛下,300℃时保持24小时。然后把样品加热至950℃,收集放出的CO和CO_2,并进行定量。计算由样品化学吸附的氧的量和脱附的CO和CO_2的量。假设一个碳晶格点吸附一个氧原子,且一个活化了的碳品格点所占的平均面积是0.083nm~2,那么就可算出ASA的值(1)。     

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。     

流态化预氧化PAN基纤维性能的研究

采用流态化预氧化技术对PAN基纤维进行预氧化实验,并对不同工艺方案下制得的预氧丝进行了氧含量、体密度、XRD、红外光谱等测试与分析。纤维经45min流态化预氧化后氧含量达到10.1%,体密度达到1.38g/cm3,XRD、红外光谱结果显示纤维发生了环化、脱氢的化学反应和组织结构变化,最终转变为耐热的梯形结构。实验结果说明,通过进一步优化工艺,流态化预氧化技术可以在保证预氧化质量的同时,大幅缩短预氧化时间,降低生产成本。     

PAN基预氧化纤维表面超微结构的STM研究

采用扫描隧道显微镜（STM）对射频等离子法制备的聚丙烯腈（PAN）基预氧化纤维的表面超微结构进行了研究,定性了预氧化纤维的三级结构单元.结果显示：在微米尺度下,预氧化纤维表面分布有粗细不一、沿轴向排列的带状微纤,微纤之间相互交叉;在纳米尺度下,观察到微纤由相互缠结、紧密排列的超微纤组成,随着扫描范围的逐渐缩小,进一步看到超微纤由堆积起来的细小微晶组成;在原子级尺度上,微晶表面碳原子与高取向热解石墨（HOPG）相比不很规则,但具有取向排列趋势.     

PAN氧化纤维增强C／C复合材料的进展

ＰＡＮ氧化纤维增强Ｃ／Ｃ复合材料的进展ＯＰＢａｈｌｅｔａｌ一、简介本文旨在研究不同表面能的ＰＡＮＯＦ增强煤焦油沥青制造复合材料的可行性。这里说明一点，最近Ｍａｒｋｏｖｉｃｅｔａｌ曾试图研制以ＰＡＮＯＦ（空气中处理至２５０－３００℃）为增强材料、以酚醛...     

硅系油剂对PAN纤维预氧化的影响

改变聚丙烯腈(PAN)纤维纺丝工艺,制得无油纤维和含油纤维,在空气气氛下对两种纤维进行预氧化处理。借助体密度、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线衍射仪(XRD)等测试手段,通过表征PAN纤维的预氧化程度,揭示硅系油剂的作用。结果表明,硅系油剂在190℃～250℃温度区间,即本论文讨论的预氧化反应全程,不发生化学反应,依然均匀涂覆在PAN纤维的表面;在预氧化反应的前期(190℃～220℃),纤维表面的油剂阻碍热的传递和氧的扩散,使得含油纤维的体密度、环化度、相对环化率和芳构化指数均低于无油纤维;在预氧化后期(220℃～250℃),由于前期油剂对预氧化反应的抑制,使得前期形成的结构有利于氧的扩散,表象上硅系油剂在预氧化后期起着促进的作用。     

PAN基纤维热处理过程中的时间效应

以聚丙烯腈(PAN)纤维为研究对象,采用固体13C核磁共振(Solid-NMR)、X射线衍射(XRD)及拉曼散射光谱(Ra-man)等测试手段对不同热处理时间制得的纤维样品以及最终PAN基炭纤维的结构进行了分析与研究,并建立起热处理过程中形成的特征结构与炭纤维结构的相关性。研究结果表明,纤维特征结构的生成会随着热处理时间的延长而增加,且此类特征结构会对PAN基炭纤维石墨片层结构的生成和发展起到影响作用,使得石墨片层结构当中sp2杂化碳的含量增加以及石墨微晶的尺寸增大。     

PET和PAN纤维的拉伸形变和断裂过程

在扫描电子显微镜样品室中拉伸PET和PAN纤维,动态观察了纤维的形变和断裂行为,用照片记录了裂缝发生、发展和纤维最终断裂的过程。剪切带的出现和由此引起微裂缝的发生是PET纤维拉伸形变的主要特征,而个别大分子束的断裂形成裂缝的广泛出现则是PAN纤维的主要特征。研究得出纤维的结晶状况是拉伸下纤维形变和断裂行为的决定性因素。     

PAN基碳化纤维制备过程中纤维的晶态结构研究

采用X射线二维衍射图像和面扫描法对PAN碳化纤维制备过程中各阶段纤维进行了结构表征,揭示了干喷湿纺原丝在预氧化和碳化阶段各纤维晶区取向和晶态结构的差异。结果表明,利用赤道方向二维衍射图,可直观地观察到各纤维在不同阶段取向度以及结晶度的演变规律。与原丝相比,205℃预氧化纤维的取向度、晶粒尺寸以及结晶度都增大,晶面间距无明显变化。235℃预氧化纤维的取向度、晶粒尺寸以及结晶度都减小,晶面间距增大。与原丝以及预氧化纤维相比,碳化阶段纤维的取向度、晶粒尺寸、结晶度以及晶面间距都明显减小。     

稳态强磁场下预氧化PAN纤维取向性能的研究

预氧化PAN纤维(POF)的取向结构是决定最终炭纤维性能的重要因素,利用PPMS产生强度为8,12,16T的稳态强磁场,将处于240,260,280,300℃等不同预氧化阶段PAN纤维分别进行10,30,50min处理。研究发现,POF中存在氰基和碳氮杂环两种磁性单元,PAN纤维的取向由于磁性单元的运动而发生改变。POF的总体取向度随磁场强度的增大和处理时间的延长而增加,晶体取向度随磁场强度的增大呈现先增加后减小的趋势。同时,磁场作用还能促进纤维非晶态向晶态的转变,提高纤维的结晶尺寸和结晶度。     

盐酸羟胺对PAN基预氧化纤维裂解产物的影响

通过热失重分析、在线质谱分析等手段,研究了盐酸羟胺对PAN基预氧化纤维在碳化过程中裂解行为的影响.发现盐酸羟胺能够使预氧化纤维在裂解过程中释放出更多的小分子,但同时能大大地降低焦油的产量,最终使碳收率得到提高;同时发现,用盐酸羟胺处理预氧化纤维可以使所得的碳纤维的性能得到较大幅度提高.     

PAN纤维炭化过程中缺陷结构的温度效应

采用小角X射线散射(SAXS)方法研究了PAN纤维在炭化及石墨化过程中微孔缺陷结构随热处理温度的变化.由微孔结构散射形成的PAN基碳纤维SAXS散射花样经圆积分处理后为光滑曲线.使用一维散射曲线计算得到微孔结构均方回转半径、相对孔体积、孔隙率、比表面积结构参数随温度的变化规律.结果表明:随热处理温度提高PAN基碳纤维微孔结构变化分为三个阶段:400～700℃微孔体积变化(孔的融合)为主,形态变化为辅;700～1800℃微孔体积变化(孔的分裂与缩小)与形态变化(边缘复杂化)基本同步;而1800～2400℃微孔形态变化为主,体积变化为辅.     

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。     

含炭黑PAN纤维制备活性炭纤维过程中中孔的形成

由炭黑改性聚丙烯腈原丝制得了中孔发达的活性炭纤维，并结合低温氮气吸附仪、高分辨透射电子显微镜、广角Ｘ－射线衍射仪及小角Ｘ－射线衍射仪对所得活性炭纤维孔结构的研究结果，提出了该活性炭纤维的中孔形成机理。