聚丙烯腈对聚乙烯醇膜形貌和性能的改进

通过流延成膜的方法制备了聚乙烯醇/聚丙烯腈共混薄膜。通过扫描电镜分析了共混膜的形貌。通过差式扫描量热仪、热重分析、拉伸测试、表面接触角测试研究了共混膜的热力学性能、机械性能和化学性能。测试结果显示聚丙烯腈对聚乙烯醇膜的形貌和性能产生了显著的影响。

包载型聚丙烯腈/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维制备及其隔热性能

针对传统气凝胶纤维后处理操作复杂、加工不稳定等问题,且为有效集成纳米气凝胶与纳米纤维功能和结构优势,本文围绕新型气凝胶复合纳米纤维成形与结构调控的关键难题,利用溶液喷射同轴纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)与SiO_(2)气凝胶通过一步法制备PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维,研究了复合纳米纤维中SiO_(2)气凝胶质量浓度对纤维形态结构、稳定性、孔径分布、隔热性能的影响。结果表明:所制备的PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维形态结构上呈三维卷曲状,SiO_(2)气凝胶的引入使纤维表面形成多孔褶皱型结构,且纤维表面的微孔、介孔含量随SiO_(2)气凝胶质量浓度的增加逐渐增多;该气凝胶复合纳米纤维具有优异的隔热性能,当SiO_(2)气凝胶质量浓度为6 mg/mL时,PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维在40℃的导热系数低至0.03738 W/(m·K),未来在服用保暖、工业隔热、军用热红外屏蔽等方面具有广阔的应用前景。

预氧化聚丙烯腈纳米纤维膜声学性能研究

通过对静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜进行预氧化处理,制备了声学性能优异的预氧化聚丙烯腈(OPAN)纳米纤维膜。研究了纳米纤维直径和孔隙率对声学性能的影响,结果表明:OPAN纳米纤维膜在全频率范围(1 k~10 kHz)内的声损值为-2.01 dB~+3.12 dB,且随着纳米纤维直径的增加,声损值呈增大的趋势。为了提高OPAN纳米纤维膜的模量,在PAN纳米纤维膜中引入了聚酰胺酸(PAA),在PAN预氧化的同时,PAA被热亚胺化,最终得到OPAN/PI纳米纤维膜。当OPAN/PI质量比为7∶3时,纳米纤维膜具有最高的杨氏模量(2000.07 MPa)和最低的声损值1.24 dB(1000 Hz)。此外,与OPAN纳米纤维膜相比,OPAN/PI纳米纤维膜因其杨氏模量更高,在低频(100-1000 Hz)范围内声损值更低。

阻燃聚丙烯腈复合纤维的制备及阻燃性能研究

采用二氯化磷酸苯酯(PDCP)和聚乙烯亚胺(PEI)合成了一种富含多氨基结构的P/N协效阻燃剂PEPP。通过溶液共混法将非水溶性PEPP与聚丙烯腈(PAN)纺丝液共混,以含FeCl_(3)溶液为凝固浴,经湿法纺丝技术得到阻燃PAN复合纤维(Fe/PEPP/PAN)。随后,通过X-射线光电子能谱仪(XPS)、热重分析仪(TG)和UL-94测试等对这两种阻燃材料的结构和阻燃性能进行了研究。结果表明,在UL-94测试中Fe/PEPP/PAN可达V-0等级,总释放热量(THR)和热释放速率(HRC)分别下降18%和45%。总之,基于阻燃剂PEPP和Fe^(3+)的协同阻燃作用,Fe/PEPP/PAN纤维具有良好的阻燃性能。

溶液喷射纺丝参数对聚丙烯腈直径分布的影响

利用溶液喷射纺丝技术,成功制备聚丙烯腈纤维膜。采用扫描电镜观察纤维膜的形貌,探究不同纺丝工艺参数对纤维直径分布的影响。结果表明:纤维直径与聚合物质量分数、聚合物溶液挤出速度、喷丝孔内径呈正比,并且随上述工艺参数的增加,纤维直径分布较为离散;纤维直径与喷射气流的压强、接收距离呈反比,并且随上述工艺参数增加,纤维直径分布逐渐集中。经分析,获得最优工艺参数:聚合物质量分数为12%,喷射气流的压强为0.15 MPa,接收距离为70 cm,溶液挤出速度为0.3 mL/min,喷丝孔内径为0.32 mm。

聚丙烯腈纤维预氧化程度的色差法研究

通过色差仪、固体核磁研究了预氧化过程中聚丙烯腈(PAN)纤维色差值和化学官能团结构变化。结果表明:随着预氧温度的升高,表示纤维明亮度差异的L值逐渐降低,220℃不再发生变化最终达到平衡;表示纤维红绿色差异的a值、表示纤维黄绿色差异的b值先升高后降低。随着预氧温度的升高,生色官能团C=CH、C=C、C=N和C O逐渐增加,其中C=N官能团含量较大,对色差值影响最大;拟合分析发现,色度值L与色度值b可以很好表示C=N与C=CH官能团变化情况,能够表征PAN纤维预氧化程度。色差仪可用于快速表征PAN纤维化学官能团变化情况。

腈纶和改性腈纶鉴别标准方法分析

为了实际操作中更好地鉴别腈纶和改性腈纶,比较分析了我国标准中腈纶和改性腈纶的鉴别方法。通过比较分析发现,不同标准中改性腈纶的纤维名称不一致,建议在以后的标准制修订过程中对纤维名称进行统一;同样的鉴别方法,不同标准中对改性腈纶的鉴别结果存在不一致的现象,这可能是因为改性腈纶品种太多,不同标准方法确认时选用了不同的改性腈纶。相对于现有的鉴别方法,若能直接测定纤维中丙烯腈含量,则可以更准确地鉴别腈纶和改性腈纶。

β-环糊精/聚丙烯腈纳米纤维对中性红的吸附性能研究

高的孔隙率和比表面积对纳米纤维而言是影响吸附效果的主要因素,而β-环糊精/聚丙烯腈纳米纤维由于环糊精的包络特性,可以很大程度地增强纤维的吸附能力。探讨了纳米纤维对有机小分子的吸附动力学。根据吸附时间不同、吸附初始浓度不同,还有含有不同质量分数环糊精的纳米纤维的吸附情况,系统研究了纳米纤维吸附能力的大小。研究结果表明,环糊精可以增强纤维对中性红的吸附能力,β-环糊精/聚丙烯腈纳米纤维是一种具有应用潜力的小分子有机物吸附材料。

聚丙烯腈纤维在预氧化过程中的结构和热性能转变

将聚丙烯腈(PAN)原丝置于空气中在180℃～265℃温度范围内逐步预氧化,同时控制适当的牵伸比。利用广角X射线衍射(XRD)、定量傅里叶红外光谱(FTIR)、差示扫描量热分析(DSC)和热失重分析(TG)手段考察了连续预氧化过程中纤维微晶结构、化学反应和热性能的变化。结果表明:(1)PAN纤维在空气中外力场作用下进行氧化稳定化,200℃之前环化反应缓慢进行;在200℃～230℃温度范围内,环化度呈线性迅速提高,反应加剧;230℃之后,环化反应减慢;(2)预氧化反应按序态进行,首先发生在无序的非晶区,逐步向有序区演变;一旦有序区发生反应,则反应剧烈;(3)在210℃之前,微晶尺寸增大,符合应力场结晶理论;210℃之后,晶粒尺寸迅速减小。

聚丙烯腈纤维在水浴牵伸过程中应力-应变曲线的研究

主要考察了聚丙烯腈纤维在水浴牵伸过程中的应力-应变曲线,以及温度、牵伸速率、水分对应力-应变曲线的影响。结果表明:聚丙烯腈纤维在水温为室温(26℃)、30℃～70℃时属于细颈牵伸,在80℃、90℃时是类橡胶牵伸,当水温低于60℃和牵伸速率太快时纤维易产生毛丝。所以在牵伸过程中,水温不能低于60℃,牵伸速率要适中,在本实验条件下,200mm/min、500mm/min比较合适,而且在水中牵伸比在空气中牵伸效果好,可获得较大的牵伸率。

静电纺丝多孔聚合物PAN对铀的吸附

通过静电纺丝法制备不同孔大小的PAN纤维,随后对PAN纤维进行偕胺肟化制备PAO纤维,采用FI-IR及SEM进行表征,同时考察了PAN纤维和PAO纤维在不同吸附时间、吸附浓度和吸附温度对吸附性能的影响。

聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备及其对金属离子的吸附性能

以羧基化聚丙烯腈(CPAN)为原料,通过复合改性和接枝改性的方式,制备β-环糊精(β-CD)/CPAN-g-聚乙烯亚胺(PEI)复合纳米纤维膜,为体系引入亲水的β-CD和吸附性能优异的PEI。通过红外光谱仪、X射线衍射仪、万能材料试验机、场发射扫描电镜等仪器对复合纳米纤维膜进行结构及性能表征,使用等离子体发射光谱仪、X射线光电子能谱仪探究复合纳米纤维膜对Cd^(2+)和Pb^(2+)的吸附性能及吸附机理。结果表明:改性得到的β-CD/CPAN-g-PEI复合纳米纤维膜具有优异的吸附性能,同时保留了纤维膜原有的力学性能,其对Cd^(2+)和Pb^(2+)的最大吸附量分别为176.67 mg/g和240.83 mg/g,吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,且循环使用5次后仍保持80%以上的吸附性能。

聚丙烯腈基纤维膜的制备及其在重金属废水处理中的应用

为了提高重金属离子废水的处理效果,以聚丙烯腈(PAN)和聚氨酯(PU)为原料制备了聚丙烯腈基纤维膜(PAN/PU),并对其胺肟化改性得到聚丙烯腈基高性能纤维膜(AOPAN/PU),研究了致孔剂含量对AOPAN/PU性能的影响。结果表明,当添加质量分数均为5%的PVP和PEG的混合致孔剂时,PAN/PU纤维膜微孔结构变大且规整,水通量增加,经过胺肟改性后其亲水性有较大提升,同时对金属离子具有高效的截留性能。AOPAN/PU纤维膜对Cu^(2+)、Fe^(3+)和Zn^(2+)混合金属溶液进行处理后,各金属离子的截留率均在90%以上,剩余金属离子浓度均可达到国家饮用水标准。

成纤过程中PAN纤维聚集态结构的形成

采用X射线衍射、声速法研究了成纤过程中PAN纤维晶态结构和取向态结构的变化规律。结合扫描电镜观察纤维的截面形态,研究成纤过程中PAN纤维聚集态结构的形成过程。结果表明,在成纤过程中,纤维晶态结构主要形成于凝固成型阶段,可以用两相模型(“准晶”区和无定型区)来描述;而取向态结构主要受两段牵伸控制,其中前牵伸对晶态结构的完善起到相当关键的作用,再牵伸则主要提高纤维的取向度;干燥致密化过程有利于晶区的生长和完善,同时固定了纤维的取向态结构。

氨化对湿纺PAN初生丝条结构的影响

用氨化树脂进行湿法纺丝,采用接触角测量仪研究了通氨量对树脂亲水性的影响,借助光学显微镜、扫描电镜和压汞仪阐明了凝固浴温度、凝固浴中二甲亚砜的浓度和通氨量对初生丝条截面形貌和孔结构的影响。结果表明:随着树脂亲水性的增强和温度的升高,初生丝条的截面形貌趋向于圆形;树脂氨化后在湿纺初生丝条中生成的孔的总体积明显降低,且随着通氨量的增大在初生丝条中有一部分微米级大孔(6μm～100μm)转变为纳米级小孔(孔径<140nm),并且随着凝固浴温度和二甲亚砜浓度的升高初生丝条中大孔所占的体积百分数明显降低。

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。

湿纺凝固条件对PAN初生纤维形态结构的影响

分析了凝固浴温度、浓度、表观负拉伸等凝固条件对聚丙烯睛初生纤维形态结构的影响规律及作用机理,得出最佳的凝固工艺参数。结果表明:在其他凝固参数不变时,凝固浴温度、浓度及表观负拉伸均存在各自的临界值,低于或超过此临界值,初生纤维及原丝的性能均下降;采用凝固浴温度60℃、凝固浴质量分数为65％的最佳凝固工艺参数,可获得截面圆形且结构致密的初生纤维,并制得力学性能优异的原丝。

凝固条件对PAN初生纤维微孔结构形态的影响

采用一维多取向小角X射线散射研究了聚丙烯腈细流在凝固过程中,凝固浴温度、浓度以及喷丝头拉伸比对初生纤维中微孔结构形态的影响。结果表明,凝固温度由30％提高到60℃时,微孔沿纤维轴取向增强,微孔尺寸减小,但微孔数量增加;凝固浴质量分数由67．5％升高到76．0％,微孔数量减少,但微孔尺寸变大,微孔沿纤维轴取向减弱;喷丝头拉伸比为-36．7％-10％时,微孔尺寸和取向角都增大。在凝固浴温度为52-55℃,凝固浴质量分数为70％,选择负拉伸能得到性能优异的初生纤维。

用称重法研究聚丙烯腈树脂的凝固过程

将聚丙烯腈二甲亚砜纺丝液在试管中于二甲亚砜水溶液中成型并凝固,通过计量凝固样品重量随时间的变化来考察在不同凝固浴条件下的凝固速率,并观察了凝固样品的横断面形貌。结果表明:凝固样品重量的变化可以直观地反应不同凝固浴条件下聚丙烯腈 二甲亚砜(DMSO) 水体系凝固速率的变化。随凝固浴浓度的提高,凝固速度减小,样品横截面趋于均匀化、致密化;凝固温度从30℃升高到50℃,凝固速度加快,截面由非圆形变为圆形,但在80℃下凝固速度反而下降;凝固浴中第三组份的添加降低了扩散速度,但会引起孔洞的产生。

聚丙烯腈预氧丝皮芯结构的影响因素与防控措施

在恒温和梯度升温两种模式下,对不同纤度、横截面形状的3种聚丙烯腈原丝进行了预氧化处理,采用扫描电镜、光学显微镜、元素分析等技术研究了预氧丝的皮芯结构及氧元素的扩散。结果表明,对于恒温模式,在250℃加热1h的预氧丝已经产生了明显的皮芯结构,而对于梯度升温模式,直到275℃才开始出现皮芯结构;原丝的横截面形状不影响氧的扩散,在相同加热条件下,肾形截面预氧丝的皮层厚度与圆形截面的相同;原丝纤度越小,越容易获得均质的预氧丝。原丝的细旦化以及适当的梯度升温预氧化工艺是获得优质预氧丝的重要保证。