聚丙烯腈基活性碳纤维毡碳化、活化的制备

介绍了一种聚丙烯腈活性碳纤维毡的制作工艺及装置 ,给出了该活性碳纤维毡比表面积等分析结果 。

一步活化法制备过程中H_2O蒸气对聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs)结构性能的影响

以Courtaulds纤维为原料,采用连续化碳纤维生产线制备出稳定的预氧纤维,通过连续化活化炉进行预碳化和水蒸气物理一步活化,制备出具有高吸附性能和高拉伸强度的聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs)丝束。借助比表面积(BET)、广角X射线衍射(WAXD)、力学性能和碘吸附等表征测试手段研究了水蒸气量对PAN-ACFs孔结构及力学性能的影响。结果表明:在适当的活化时间、活化温度下,逐步增加水蒸气的流量,活性碳纤维的吸附能力先快速增大,而后稳定,最后再缓慢地增加;纤维的拉伸强度呈现出先增大后减小的变化趋势;当水蒸气流量为1 g/min,起始的温度为650℃,高温区为850℃,活化时间为20 min时,所制备的PAN-ACFs具有相对较高的吸附性能、力学性能和碳化收率。

高表面积聚丙烯腈(PAN)系活性碳纤维的研制

在氢氧化钾(KOH)存在下对有机物进行热解是制取高表面积多孔碳材料的有效方法之一。本文把这一方法应用于聚丙烯腈(PAN)-系活性碳纤维(ACF)的制备,得到了比表面积超过2000m^2/g的产品,并测定了它们的吸附性能,根据测得的 TGA 及 X-射线衍射数据探讨了孔生成机理。

KOH活化法聚丙烯腈基活性炭纤维的制备及表征

针对物理活化法制备聚丙烯腈基活性炭纤维(PAN-ACF)存在生产效率低、力学性能差、生产成本高等问题,以聚丙烯腈预氧化纤维(PANOF)为原料,氢氧化钾(KOH)为活化剂,用化学活化法代替物理活化法,通过改变活化工艺制得一系列不同的PAN-ACF样品。通过探讨浸渍浓度、浸渍时间、活化温度和活化时间四个因素对PAN-ACF得率和碘吸附值的影响规律,得到最佳活化工艺,并对最佳工艺下制得的PAN-ACF样品的微观结构、比表面积和孔结构进行表征分析,结果表明:最佳工艺下制得的PAN-ACF样品以微孔为主,存在少量的中孔和极少量的大孔,比表面积为2122.00 m^(2)·g^(-1),总孔容为1.00 cm^(3)·g^(-1),碘吸附值高达1740.20 mg·g^(-1),得率为40.07%。

预氧化时间对中空形态的聚丙烯腈基活性碳纤维性能的影响

聚丙烯腈(PAN)中空纤维在空气中250℃分别预氧化不同的时间,在N2气氛下于900℃进行碳化60min,随后用CO2气体在800℃活化40min,得到PAN基活性中空碳纤维(PAN-ACHF)。测定了PAN-ACHF对碘和亚甲基蓝的吸附量,考察了预氧化时间对PAN预氧化纤维的收缩率和芳构化指数以及对PAN-ACHF的活化收率和吸附性能的影响。

聚丙烯腈基活性碳纤维用于低浓度SO_2脱除的实验研究

应用聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACF)对低浓度SO2(200×10-6)进行吸附氧化试验。通过改变活性碳纤维量、SO2浓度、氧浓度及水蒸气浓度,观察PAN-ACF脱除低浓度SO2能力的变化规律。实验结果表明,PAN-ACF对低浓度SO2有很好的脱除作用,随着活性碳纤维量、氧浓度及水蒸气浓度的增加,PAN-ACF脱除低浓度SO2的能力增强。

活性碳和LiCl添加剂对聚丙烯腈超细纤维的影响

将活性碳粉末和LiCl粉末分别加入聚丙烯腈纺丝液中,采用滚筒接收的静电纺丝方法制备具有定向排列分布的超细纤维。采用电子扫描显微镜观察纤维表面形态,采用红外光谱仪和X射线衍射仪分析纤维内部结构,采用KES-G1拉伸仪测试纤维膜的力学性能。分析发现:添加剂的加入会改善纤维沿滚筒旋转方向的定向排列程度但都降低材料的拉伸强力;随着活性碳含量的增加,纤维的直径逐渐增加,纤维膜的力学性能变差;而LiCl加入后提高了纤维中大分子的取向排列程度,纤维膜的断裂强度呈现先增大后减小的趋势;当LiCl含量为0.6%时,纤维具有较好的断裂伸长率。

聚丙烯腈纤维调控水泥基充填材料凝结硬化与力学性能研究

利用聚丙烯腈(PAN)纤维调控水泥基充填材料,对水泥基充填材料的凝结硬化时间、抗压强度、黏结强度、抗弯强度和抗拉强度进行了分析,研究了不同纤维掺量(0.5%、1%、1.5%)和不同长径比(100、200、300)的聚丙烯腈纤维对水泥基充填材料力学性能的影响。结果表明:当PAN纤维掺量为1.5%时,较CM组(不掺PAN纤维)的初凝和终凝时间分别降低了11.1%和5.7%;PAN纤维水泥基充填材料的抗压强度随着PAN纤维含量增加而降低。与CM组相比,当PAN纤维体积含量为0.5%、1.0%和1.5%时,抗压强度分别下降了13.0%、3.7%和7.4%;纤维掺量为1%、长径比为200的水泥基充填材料的抗弯强度较CM组增加了78.6%,增幅最大。水泥基充填材料的黏结强度和抗弯强度先增加,然后随着PAN体积掺量和长径比增加而降低;随着PAN纤维掺入,水泥基充填材料的抗拉强度有所提高,与CM组相比,PAN纤维水泥基充填材料的抗拉强度提高了36.4%~418.2%。

聚丙烯腈纤维与氨纶混纺织物的快速定量方法

为解决手工拆分法和65%硫氰酸钾法定量分析聚丙烯腈(PAN)纤维与氨纶混纺织物时耗时耗力、存在操作隐患的不足,以三氯乙酸/三氯甲烷为试剂,建立了一种用于PAN纤维与氨纶混纺织物快速定量分析的方法,探讨了该方法的质量变化修正系数、溶解时间,验证了该方法的准确性,并与手工拆分法进行了对比。结果表明:三氯乙酸/三氯甲烷法较佳的分析条件为将混纺织物放入三氯乙酸/三氯甲烷溶剂(质量比11)中充分浸润后,置于20℃水浴振荡器中振荡15 min;该方法溶解PAN纤维几乎无损伤,对PAN纤维的质量变化修正系数为1.00;采用该方法对PAN纤维与氨纶混纺织物进行定量分析,实验结果准确性高,绝对偏差小于1.0%,且检测平均用时仅15 min,检测准确性和效率均优于手工拆分法,可实现PAN纤维与氨纶混纺织物的快速化、批量化定量,具有较高的应用和推广价值。

聚丙烯腈基活性碳纤维制备及应用研究进展

活性碳纤维具有高比表面积、较窄的孔隙分布和可再生吸附等一系列优点,使得其在环保、电极材料、能源等领域有广泛的应用。至今已有大量文献报道了制备活性碳纤维的方法,其性能和结构因制备方法不同的差异很大。但是近年来尚未有文献系统的报道以聚丙烯腈纤维为前驱体的活性碳纤维的制备方法与其结构及性能之间的关系。系统地介绍了近年来国内外聚丙烯腈基活性碳纤维的制备技术、性能及其影响因素,以及在不同领域应用的最新研究进展,并对聚丙烯腈基活性碳纤维的制备工艺优化提出展望,以期为制备兼具高力学性能、高碳收率、高吸附性能的聚丙烯腈基活性碳纤维的研究提供一些建议。

聚丙烯腈基活性碳纤维非织造布的研制

用特种聚丙烯腈纤维（PANF）与粘胶纤维（VF）混纺制备针刺非织造布,经预氧化、炭化,活化制备聚丙烯腈基活性碳纤维非织造布的生产工艺、产品性能及应用。

煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布的制备及电化学性能

煤沥青碳含量高、缩合芳环含量高、杂质含量低,是制备碳材料的优质碳源。以煤沥青为碳源,聚丙烯腈高分子聚合物为骨架,采用静电纺丝法制备煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布,是实现煤沥青高值化和清洁化利用的重要途经之一。以等体积丙酮/二硫化碳混合溶剂萃取煤沥青,获得精制煤沥青萃取物,继而与聚丙烯腈混合制备纺丝溶液,在静电纺丝设备上制备前驱体纤维无纺布。前驱体纤维无纺布经预氧化、炭化和活化处理制备煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布。采用高分辨率扫描电子显微镜(SEM)表征了不同质量比的前驱体纤维无纺布、碳纤维无纺布的形貌。前驱体纤维无纺布由连续的长丝所构成,呈现出网状结构,表面平滑,说明煤沥青萃取物和聚丙烯腈表现出良好的融合性和可纺性。采用BET测试分析了不同质量比的活性碳纤维无纺布的比表面积和孔分布特征,其中AC-E65表现出最大的孔容量和比表面积(2 541.8 m^(2)/g)。通过循环伏安测试、恒电流充放电测试和电化学阻抗谱测试研究了煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布的电化学性能。煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布的双电层电容特性明显,倍率性能和可逆性能优异,循环性能良好,尤其是煤沥青萃取物质量比为70%时,煤沥青/聚丙烯腈基活性碳纤维无纺布表现出优良的电化学性能:电流密度为1 A/g时,比电容可达到186.3 F/g,循环充放电2 000次比电容保留率为95.2%。因此,以聚丙烯腈为纤维骨架,煤沥青为填充基质,结合静电纺丝法能有效实现煤沥青/聚丙烯腈复合碳纤维无纺布的制备,并表现出良好的电化学性能。

钢-聚丙烯腈纤维掺量对自密实混凝土流动性与力学性能的影响

为分析混杂纤维对自密实混凝土(SCC)工作性能和力学性能的影响,对不同养护龄期(7和28 d)、不同钢纤维(SF)掺量(0%、0.4%、0.8%和1.2%,体积分数)和聚丙烯腈纤维(PAN)掺量(0%、0.04%、0.08%和0.12%,体积分数)的SCC进行坍落扩展度、J环坍落扩展度、V型漏斗通过时间、立方体抗压强度试验,并通过扫描电子显微镜(SEM)对SCC的微观形貌进行分析。结果表明:随着纤维掺量增加,SCC的流动性和间隙通过性降低,抗离析性提升;单掺SF对SCC 7 d抗压强度的提高作用较单掺PAN显著;复掺纤维较单掺纤维对早期SCC抗压强度的提高作用更明显,且复掺纤维还能有效提升SCC的韧性与延性。

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。

聚丙烯腈纳米纤维基压电声学传感器的制备及性能

为提高柔性声学传感器的声电转换能力,采用静电纺丝技术制备不同纺丝液浓度和不同厚度的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,构筑“三明治”结构柔性声学传感器。研究了纺丝液浓度和纤维膜厚度对膜谐振特性和声学传感器输出电压的影响,以及薄膜谐振特性与传感器输出电压响应之间的关联性。结果表明,纺丝液浓度直接影响分子链构象、纤维直径及其均匀度;其中构象会影响薄膜的压电性能和声学传感器的声电转换过程、纤维直径和均匀度会影响膜的谐振特性,从而影响器件的输出电压。当纺丝液浓度为12%、PAN纳米纤维膜厚度为60μm时,构筑的声学传感器的输出电压最高可达2.7 V。

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。

辐照聚丙烯腈纤维微观结构演变的同步辐射散射研究

预氧化是碳纤维制备过程中的关键步骤之一,在此过程中所产生的缺陷大部分将遗传至碳纤维中,所以聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维的结构优化对提升碳纤维力学性能尤为重要。辐照是一种优化PAN预氧化纤维结构、有效改善PAN基碳纤维力学性能的改性方法。为探究高剂量电子束辐照PAN纤维在预氧化过程中微观结构的演变,本研究采用了同步辐射原位小角散射(SAXS)、广角散射(WAXS)对高剂量辐照及未辐照PAN纤维热处理过程进行表征,并结合差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)和傅里变换叶红外光谱(FTIR)对PAN预氧化纤维进行表征分析。结果表明:高剂量(500 kGy)辐照促进了PAN纤维在热处理过程中的交联、环化反应,有效缓解了环化反应所引起的剧烈放热,降低了初始环化温度。同时,高剂量辐照对PAN纤维分子结构的破坏作用更加显著,高剂量辐照PAN纤维在热处理后的微孔横向尺寸(D)与取向角(B_(eq))分别降低至7.61 nm和8.58°,晶体层间距d_(002)减小至0.352 nm。综合来说,高剂量辐照使得PAN纤维微观结构在热处理后得到了改善,这有利于改善相应碳纤维的结构和性能。

微纳层叠带状聚丙烯腈初生纤维的制备及性能研究

以聚丙烯腈(PAN)和二甲基亚砜(DMSO)为原料,采用新型微纳层叠挤出技术制备了微纳层叠带状聚丙烯腈(PAN)基初生纤维,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机对初生纤维的性能进行了研究。分析了纤维凝固成形过程中空气层高度、凝固浴温度、凝固浴浓度对微纳层叠带状PAN初生纤维性能的影响。结果表明:层叠带状PAN初生纤维相比于传统圆形截面纤维,在纺丝过程中能保持良好的带状截面不变形;并且在空气层高度为30mm,凝固浴温度为45℃,凝固浴浓度为40%工艺条件下制备的层叠带状PAN初生纤维综合性能较好,获得了结晶度为31.3%,晶粒尺寸为4.53nm,拉伸强度为14.60MPa的层叠带状PAN初生纤维。

纺织级聚丙烯腈纤维组成对预氧丝制备的影响

采用专用级和纺织级聚丙烯腈(PAN)原丝制得预氧丝,分析了不同来源PAN原丝的黏均相对分子质量及组成成分,探究了纺织级PAN原丝在预氧化过程中的放热及热解过程,并与专用级PAN原丝进行了对比。结果表明:相较于专用级PAN原丝,纺织级PAN原丝黏均相对分子质量较小,为(5~8)×10^(4),断裂强度略低,第二单体以醋酸乙烯酯(VAc)为主;以VAc为第二单体的纺织级PAN原丝的环化反应过程更加温和,且随着第二单体加入比例增大,所得预氧丝的环化程度下降;第二单体VAc摩尔分数为2.4%的纺织级PAN原丝制得的预氧丝的环化指数达到0.64,断裂强度为(2.67±0.22)cN/dtex,该PAN原丝无需进行交联等预处理即可制得低成本预氧丝。

热处理对聚丙烯腈纳米纤维膜性能的影响

为改善聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜力学性能和热稳定性,获得低成本耐高温的纤维过滤材料,对PAN纳米纤维膜在180℃、200℃、220℃、240℃温度下进行热处理,分析不同处理温度对其形态结构、透气性、热重性能和过滤性能的影响。结果表明:随着处理温度升高,PAN纳米纤维膜的颜色逐渐加深,纤维直径逐渐减小;热处理使PAN发生脱氢、氰基环化和热裂解等反应,导致纤维膜厚度和透气性降低,拒水性随着处理温度的升高不断增强;热处理使得PAN纳米纤维膜中形成了耐热性能优异的梯形分子结构,提升了纤维膜热稳定性;随着处理温度的升高,PAN纳米纤维膜的断裂强度呈现先增加后减小的趋势。综合热处理温度对纤维膜各性能的影响,热处理温度选择200℃为宜。此时,所获得的PAN-200纳米纤维膜过滤效率为93.46%,过滤阻力为75.1 Pa,质量损失率为5%时所对应的温度为310℃,相比未处理的PAN纳米纤维膜热分解温度升高,PAN-200纳米纤维膜的纵向和横向断裂强力分别达到17.16 MPa和10.82 MPa,机械性能较好。