索式萃取法测定聚丙烯腈原丝的含油率

采用索氏萃取法测定聚丙烯腈(PAN)原丝的含油率,分析了萃取剂配比、萃取温度、萃取时间及萃取次数对测试结果的影响,探讨了原丝含油率与灰分含量之间的关系。结果表明:采用索氏萃取法测试PAN原丝含油率的最佳条件为萃取剂甲醇和氯仿体积比为1/1.5～1/2.5,萃取温度为80～85℃,萃取时间为2.5 h,萃取次数为1;此方法的回收率为97.8%～103.1%,相对标准偏差为1.14%,但该法只能测试PAN原丝表面的油剂含量,渗透至原丝内部的油剂难以萃取出来,可通过烧蚀后的灰分含量来反映。

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。

偶氮引发剂对PAN及其原丝结构和热稳定化行为的影响

以丙烯腈和衣康酸为单体,以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,分别以含脒基的偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,采用溶液聚合法,制备了具有不同端基结构的丙烯腈与衣康酸共聚物PAN-AIBA和PAN-AIBN;经湿法纺丝得到聚丙烯腈(PAN)原丝,研究了AIBA,AIBN引发剂的分子结构对PAN相对分子质量、原丝结构、热行为的影响。结果表明:采用溶液聚合的方法,以AIBA为引发剂可制得适于湿法纺丝的PAN-AIBA,其环化反应的起始温度较PAN-AIBN的提前了20℃,放热峰较宽;与PAN-AIBN相比,PAN-AIBA原丝的晶粒尺寸更大、结晶度较高;在低温热稳定化条件下,PAN-AIBA原丝表现出优于PAN-AIBN的较高热环化效率,而在高温热处理时,二者热环化效率相近;通过利用AIBA引发剂在PAN大分子结构中引入脒基,有望改善PAN原丝的低温热稳定化行为。

脒端基对聚丙烯腈原丝氧碳化行为的影响

以偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,分别制备了具有不同端基结构的丙烯腈与衣康酸共聚物PAN-AIBA和PAN-AIBN,采用湿法纺丝技术制备PAN原丝。采用两种梯度升温方式对PAN原丝进行热稳定化处理,对优选的预氧化纤维进行高温碳化制得碳纤维。采用多种手段表征纤维结构与组成的变化规律。结果表明,脒端基可提高PAN预氧纤维的相对环化率,使其氧含量和体密度平稳增长,因此有利于预氧化纤维的结构调控。PAN-AIBA基碳纤维的皮芯结构差异小于PAN-AIBN基碳纤维,与其相对温和的热稳定化行为相符。

聚丙烯腈原丝中毛丝的结构与性能研究

采用扫描电子显微镜和纤维强伸度仪研究了聚丙烯腈(PAN)原丝中毛丝的微观结构和力学性能。结果表明,与正常原丝相比,毛丝直径较细,表面缺陷较多,力学性能较差;纺丝过程中的机械损伤是导致毛丝产生的直接原因;但导致毛丝产生的根本原因是因为PAN原丝本身纤度不均匀。指出从减少机械损伤和提高纤度均匀性两方面着手控制PAN原丝中毛丝的技术措施。

国外PAN基碳纤维的研究现状及发展趋势

简介了目前世界PAN基碳纤维生产及消费情况,综述了近年来国外关于PAN基碳纤维的研究现状,指出我国在研发PAN基碳纤维时应注意降低成本及生产的环保性。

凝胶渗透色谱法测定聚丙烯腈分子质量时的影响因素

通过使用凝胶渗透色谱法(GPC)对聚丙烯腈相对分子质量进行测试,详细研究了样品质量浓度和进样体积对测试结果的影响,并对GPC谱图中不同溶剂峰和异常峰的产生原因进行了分析。结果表明:样品质量浓度增加、进样体积增大导致GPC测得的聚丙烯腈重均分子质量、数均分子质量及分子质量分布减小;溶剂峰与异常峰的出现对最终测试结果影响不大。

PAN/氧化石墨烯纳米复合材料的热性能研究

采用原位聚合的方法制备了聚丙烯腈(PAN)/氧化石墨烯(GO)纳米复合材料;利用红外光谱和紫外光谱表征了试样的组成及组分间的相互作用;使用扫描电镜和透射电镜对试样的微观形貌进行观察;从单体转化率和聚合液的黏度变化研究了GO对丙烯腈自由基聚合的影响;用热分析仪分析了GO对PAN热稳定化过程的影响。结果表明:复合体系聚合至13 h时,与空白试样(PAN)相比,聚合液的黏度和单体转化率分别降低了1.3%和2.9%,说明在聚合前期GO对自由基聚合起到一定的阻聚作用;GO的厚度由聚合前的3～4 nm剥离到聚合后的1 nm,表明GO在原位聚合过程中以单层形式分散在PAN基体中;PAN与GO之间存在较强的π-π相互作用,这种相互作用抑制了PAN在热稳定化过程中的环化反应。

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。

偶氮二氰基戊酸引发丙烯腈溶液聚合的研究

以含有羧基(—COOH)官能团的偶氮二氰基戊酸(ACVA)为引发剂,二甲基亚砜为溶剂,采用均相溶液聚合制备丙烯腈均聚物(PAN);研究了单体浓度和反应时间对聚合反应的影响,并对PAN的结构和性能进行了表征。结果表明:ACVA引发的丙烯腈聚合反应基本遵循自由基聚合的一般规律;与偶氮二异丁腈(AIBN)相比,采用ACVA引发制得的PAN接触角约下降7°,亲水性能略微提高,环化反应的起始温度和放热峰温度分别下降了约32℃和10℃,热稳定化放热过程中集中放热现象得到一定程度的缓和。

木质素-丙烯腈共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应

通过酯化反应和自由基共聚反应制备了具有良好可纺性的木质素-丙烯腈(LS-AN)共聚物,采用湿法纺丝工艺制备了3种不同直径的LS-AN共聚物纤维,然后在梯度升温模式下对其进行热稳定化处理,采用差示扫描量热仪、红外光谱仪、密度梯度仪研究了LS-AN共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应。结果表明:在空气气氛中,减小直径能够显著促进热稳定化反应的进行;减小纤维直径有利于氧向纤维内部扩散,促进氧化反应的进行,从而获得均质的径向稳定化结构;减小纤维直径可以显著提高碳纤维的力学性能,由直径最小的LS-AN共聚物纤维制得了拉伸强度和拉伸模量分别达到849 MPa和146GPa的碳纤维。

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。

聚丙烯腈原丝相对分子质量及其分布的测试

采用凝胶渗透色谱仪(GPC)测定了聚丙烯腈(PAN)原丝的相对分子质量及其分布,对比了国产PAN原丝与进口原丝分子量及分布的差异,结果表明,相对于进口PAN原丝,国产PAN原丝相对分子质量分布较宽,并可能存在凝胶或微凝胶现象。最后分析了测试过程中的主要影响因素及其解决方法,提出严格控制实验和环境条件,注意仪器的保养和监控,是确保测试结果准确性的关键。

预氧丝体密度对聚丙烯腈基碳纤维本体性能的影响

通过调整预氧化温度及走丝速度,研究了两者对聚丙烯腈基预氧丝体密度的影响,并进一步研究了预氧丝体密度对碳纤维体密度、拉伸强度及拉伸模量的影响。结果表明:提高预氧化温度有利于预氧丝体密度的增加,而走丝速度提高后预氧丝体密度有所下降;碳纤维体密度会随着预氧丝体密度的增加而降低;随着预氧丝体密度的提高,碳纤维拉伸强度出现先上升后下降的趋势,但是预氧丝体密度对拉伸模量影响不大。

共聚单体对水相合成聚丙烯腈及其湿纺纤维结构与性能的影响

水相自由基聚合具有快速、高效的特点,是开发大规模、低成本的聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝生产技术的首选工艺。本文采用该工艺制备了丙烯腈-衣康酸(P(AN-IA))和丙烯腈-醋酸乙烯酯(P(AN-VAc))两种共聚物,再经溶解和湿法纺丝将其制成纤维。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、旋转流变仪、旋转粘度计、X-射线衍射仪(XRD)和差式扫描量热/热重同步分析仪(DSG/TG)对比研究了两种共聚单体对水相合成PAN聚合物及其湿纺纤维结构与性能的影响。结果表明,与醋酸乙烯酯(VAc)相比,衣康酸(IA)降低了PAN聚合物的颗粒团聚程度和溶液粘度,显著提高了PAN纤维的截面圆整度和结构致密性,大幅降低了热稳定化反应起始温度、提高了热稳定性。这主要归因于IA的两个羧基基团。其改善了PAN聚合物的亲水性,使凝固过程更加缓和;减弱了氰基间的作用力,提高PAN分子链的运动性;能够诱导氰基在低温下发生环化反应。