碳纤维用聚丙烯腈基预氧丝碳化裂解过程研究进展

综合论述了预氧丝在碳化裂解过程中的物理化学变化,包括裂解气体及化学反应、纤维物理收缩和应力变化、组织结构变化及碳化工艺对碳纤维性能的影响,并对聚丙烯腈基预氧丝的碳化研究前景进行了展望。

衣康酸氨化对聚丙烯腈基碳纤维聚合和原丝性能的影响分析

为制备力学性能优异的聚丙烯腈基碳纤维,采用氨化度不同的衣康酸(IA)单体与丙烯腈(AN)、丙烯酸甲酯(MA)和乙烯磺酸(AS)制备聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。通过聚合转化率的测定表征聚合反应速度,显微镜观察原丝断面形貌,广角X射线衍射表征原丝结晶取向度,动态热机械法表征原丝的玻璃化转变温度和热收缩率,电子万能试验机表征原丝及碳纤维的力学性能。测试结果表明,IA经氨化后制备得到β-衣康酸铵,以β-衣康酸铵作为共聚单体制备的PAN纺丝液的数均相对分子质量达到64100,相对分子质量分布指数为2.96,比粘为1.86;纺丝后原丝断面明亮整齐,氨化度为25%的原丝在12倍牵伸下,单丝拉伸强度为6.8cN/dtex,弹性模量为113.0cN/dtex;该原丝的玻璃化转变温度较未氨化原丝提高了3.19℃;该原丝经炭化后的碳纤维(1K)的拉伸强度达到4572 MPa,弹性模量249GPa,钩结强力62.4N,纤维的力学性能和韧性得到提高。

聚丙烯腈基碳纤维石墨化过程的晶体结构分析(英文)

使用国产聚丙烯腈基碳纤维进行石墨化实验,制备高模量的碳纤维。使用X光衍射和拉曼光谱的方法对晶体结构进行了表征,讨论了石墨化工艺参数,包括石墨化温度以及牵引张力大小对晶体结构的影响。实验发现:高温石墨化辅助牵伸石墨化是有效的方法提高石墨化度制备得到石墨化碳纤维。本文使用国产碳纤维在2700℃以及牵伸为1.5%时制备得到了杨氏模量为356GPa的高模量碳纤维。

聚丙烯腈基碳纤维高温石墨化综述

针对高模量碳纤维制备的关键工艺环节,综述总结了石墨化的基本工艺和石墨化高温处理过程纤维组成、结构的变化以及对最终碳纤维力学性能的影响,以期为我国高强高模碳纤维研发提供借鉴。综述结果表明,一步法石墨化高温处理有利于保持纤维的高强度特性,该工业化技术具有发展潜力;1 800℃前后纤维密度为先降后升;随着纤维对石墨晶体结构逐渐完善,层间距减少,模量提高;催化石墨化以及强磁场或射线处理可促使纤维石墨晶体结构的完善,但不易工业化实施;石墨化过程中适施应力是一项保持纤维强度和提高模量的有效措施。

高性能聚丙烯腈基碳纤维原丝的制备工艺研究

原丝的质量与碳纤维品质息息相关,高性能原丝才能制备出高性能碳纤维。采用均相溶液聚合工艺,通过丙烯腈单体与丙烯酸甲酯、衣康酸在二甲基亚砜溶剂中进行三元自由基共聚反应,确定了最佳的聚合工艺参数,合成了纺丝性能较好的纺丝溶液;并对聚丙烯腈基碳纤维原丝的纺丝工艺进行了系统探讨。试验表明,湿法纺丝工艺下,采用一定凝固负牵伸比,适当的热水牵伸倍数,110~140℃梯级干燥致密化工艺,并对纤维进行较高牵伸倍数的蒸汽热牵伸,最终可制备出较高强度和模量的聚丙烯腈基碳纤维原丝。

聚丙烯腈基碳纤维在水处理中的绿色吸附研究进展

随着水污染问题的日益严重和环境保护意识的提高,绿色、高效的水处理技术受到了广泛关注。聚丙烯腈碳纤维作为一种新型吸附材料,具备较高的比表面积和吸附性能,是一种绿色吸附的水处理材料。该文综述了聚丙烯腈基碳纤维的制备与性能、吸附剂在水处理中的应用、聚丙烯腈基碳纤维的表面改性以及在水处理中的应用等方面的研究,旨在深入了解聚丙烯腈碳纤维在水处理中的绿色吸附研究现状和发展趋势,对提高水资源利用效率具有重要参考意义。

聚丙烯腈基碳纤维原丝氧元素含量检测影响因素分析

聚丙烯腈基碳纤维原丝中氧元素含量较低,约为1%~2%,含水率约0.6%~1.2%,由于原丝具有易吸水特性,吸入的水分将增加氧元素含量、增加试样质量,影响最终氧元素含量的检测结果。考察了仪器基线、干燥、标准样品称样量对原丝氧元素含量测量结果的影响,结果表明:称样量不宜过高,且应分开质量梯度;为防止基线漂移,建立标线后应尽快进行试样检测;制样前试样应烘干,且需放在铝盒内以防止吸水增加试样质量而引起误差。

付里叶变换红外光声光谱研究聚丙烯腈基碳纤维碳化机理

用FTIR—PAS和元素分析仪研究了聚丙烯腈基碳纤维的碳化过程。随预氧化,碳化温度升高,聚丙烯腈经历了一个脱氢脱氮,消除-C≡N基,从无序到有规的转化过程。产品比石墨有更高的热-声转换效率。

聚丙烯腈基碳纤维预氧化过程中环构化机理

分析对比了全同立构聚丙烯腈及聚丙烯腈原丝的红外光谱及二者的红外光谱在预氧化过程中的变化，首次从微观主体结构的层次上解释了环构化反应的机理，阐明了大分子构象反转是环构化反应的控制步骤，说明了聚丙烯腈原丝的环构化是一个慢速构象反转快速环化脱氢的过程。进一步说明了环构化反应带来的超分子结构上的变化，及其对最终碳纤维质量的影响．

激光石墨化过程中激光功率和牵伸力对聚丙烯腈基碳纤维化学结构和微观结构的影响

采用自制的高温激光石墨化平台对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行石墨化处理,分别在不同激光功率和不同牵伸力条件下制备了多种碳纤维实验样品,利用拉曼光谱和XRD射线衍射研究了不同条件下碳纤维样品的化学结构和微观结构。结果表明:在牵伸力不变时,随着激光功率的增大,碳纤维石墨化程度提高,当激光功率增大到一定值时,单方面继续提高激光功率对于提高碳纤维石墨化程度的影响将变小;在激光功率一定时,随着牵伸力的增大,石墨微晶尺寸Lc、La均逐渐增大,而d002和取向角逐渐减小,在激光石墨化过程中,施加一定的牵伸力可以促使碳纤维中的石墨微晶沿纤维轴方向择优取向,改善微晶尺寸、减少石墨微晶层间距、提高微晶堆砌层数。

纺丝工艺及预氧化条件对离心纺聚丙烯腈基纳米碳纤维的影响

采用离心纺丝及预氧化碳化技术制备聚丙烯腈基纳米碳纤维,通过正交试验,对离心纺丝制备纳米聚丙烯腈纤维的4个工艺参数(溶液浓度、转速、针头直径和接收距离)进行优化组合,探究最佳的组合工艺;并对聚丙烯腈纤维预氧化工艺中的温度和时间进行组合优化。结果表明:在离心纺丝工艺中,浓度是对纤维直径影响最大的工艺参数,而转速则是对纤维均匀度影响最大的参数;预氧化处理的温度应在250℃以上,以280℃为宜,且适宜的预氧化时间为2 h。

预氧化时间对聚丙烯腈基碳纤维预氧丝结构与性能的影响

预氧化是制备碳纤维非常重要的一个环节,制得预氧化丝的性能直接决定最终碳纤维的性能,因此研究预氧化过程对预氧化丝结构性能的影响规律具有重要意义。通过广角X射线衍射点光源取向测试和小角X射线散射实验,计算得到了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝与不同处理时间下预氧丝取向度、线结晶度、长周期L、晶区厚度Lc、无定形区厚度La等微观结构参数。采用元素分析仪和单纤维强力仪研究了该系列PAN基碳纤维原丝、预氧丝的元素组成和力学性能随预氧化时间的变化,明确了PAN基碳纤维预氧丝内部微观结构参数、元素含量与其力学性能的关系。

聚丙烯腈基碳纤维的研究进展

本文简要介绍了聚丙烯腈基碳纤维的国内外发展历程和现状,碳纤维及其复合材料的应用进展,详细介绍了碳纤维生产工艺包括原丝制备、预氧化、碳化的一些新进展,并对我国聚丙烯腈基碳纤维的发展提出了一些建议。

高效液相色谱法测定聚丙烯腈基碳纤维原丝中的二甲基亚砜残留

建立了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝中二甲基亚砜(DMSO)残留量的高效液相色谱(HPLC)检测方法。采用的色谱柱为Phenomenex C18柱(150mm×4.6mm,5μm),流动相为甲醇-三氟乙酸-水(体积比为29∶1∶70)混合溶液,流速为1.0mL/min,进样量为10μL,检测波长为205nm,柱温为常温。研究结果表明,在DMSO的质量浓度为1.00-100.00mg/L范围内,峰面积与质量浓度的线性关系良好,相关系数r=0.998 9,最低检出限为0.3mg/L,平均回收率为98.4%,相对标准偏差(RSD)为2.6%。该方法简便、快速、准确。另外,利用建立的HPLC方法,对原丝中残留的DMSO在水中的溶出规律也进行了研究。

碳化温度对聚丙烯腈基碳纤维结构与性能的影响

利用近代测试技术对聚丙烯腈基预氧丝在不同温度下碳化时其结构与性能的变化作了探讨,得出了一些规律。

浅析聚丙烯腈基碳纤维焦油形成的原因

根据聚丙烯腈基碳纤维生产工艺路线,从原丝、预氧化、碳化工艺及结构上分析了聚丙烯腈基碳纤维焦油形成的原因。其主要原因为碳化前纤维缺陷结构的遗传、碳化中分子键的热断裂和分子链的无规热裂解。

聚丙烯腈基碳纤维生产工艺进展

介绍了聚丙烯腈基碳纤维的合成工艺步骤的研究现状,包括:丙烯腈聚合、聚丙烯腈原丝的制备、聚丙烯腈原丝的预氧化和聚丙烯腈预氧化丝的碳化。重点分析阐述了各个工艺步骤的反应条件对碳纤维性能影响的关键技术问题,并对PAN基碳纤维未来的发展应用提出了建议。

加捻和编织工艺对聚丙烯腈基碳纤维电热元件电热辐射特性的影响

测试了几种编织工艺聚丙烯腈基碳纤维及其电热元件的电热性能,并进行了电热辐射机理分析。结果表明:编织工艺对碳纤维(毡)电热体及其电热元件的电热温升、阻温特性、热惯性均有较大影响;采用多股绳编织工艺,可以改善碳纤维电热元件的电热性能,降低其热惯性,同时也可降低电热体自身的表面负荷。编织工艺与电热辐射特性结合,可以实现温度的自我调节,提高碳素电热材料的温敏效应。

碳化过程中改性聚丙烯腈预氧化纤维的高温热应力应变研究

采用对比方法研究了高锰酸钾改性与未改性聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维在碳化过程中的高温热应力应变行为.表征了过程纤维的基本物化性质,并用SEM,WAXD,EA等对其结构进行了研究.研究结果表明,改性纤维的热应力应变变化可分为370,500,900℃前后4个区域.与未改性纤维相比,改性纤维的应力在370℃以下增长较快;370～500℃快速下降;500～900℃则迅速增高,同时比未改性PAN纤维应力增加20%以上;900℃以上应力基本保持稳定.大负荷下改性纤维易伸长,小负荷下易收缩,与未改性纤维的差别随负荷减少而减小,500℃以上,两种纤维应变速率变化趋势相近.热应力和热应变是纤维在碳化过程中聚集态结构、化学组成、热化学反应能力的综合体现.与热应变相比,热应力的变化趋势更显著,因而可采用控制碳化过程中纤维热应力的变化控制连续制备中纤维结构的变化.经KMnO4改性PAN纤维制取碳纤维的抗张强度比未改性纤维增加了约20%.

不同处理温度对聚丙烯腈基碳纤维力学性能影响规律的研究

分析研究了聚丙烯腈基 1K碳纤维在不同热处理温度下密度及力学性能变化。通过研究发现聚丙烯腈基 1K碳纤维随温度上升 ,拉伸强度先上升后下降 ,拉伸模量随温度上升而增加 ,密度随温度的增加而增加。总结了经过高温处理后碳纤维的拉伸强度保持率 。