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。

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。

管式保压蒸汽牵伸对高性能碳纤维用聚丙烯腈原丝性能的影响

采用管式保压蒸汽牵箱伸制备了高性能碳纤维用聚丙烯腈(PAN)基原丝。通过蒸汽压力和温度匹配实验,找到最佳蒸汽牵伸工艺和设备保压极限值。即蒸汽压力0.20MPa,蒸汽牵伸温度133℃,蒸汽牵伸倍率2.0为最佳蒸汽牵伸工艺,管式保压蒸汽牵伸箱保压极限值为0.38MPa。利用XRD广角衍射仪考察了不同压力、不同牵伸倍率条件下原丝结晶取向度,结果得出蒸汽压力为0.38MPa,蒸汽牵伸温度为150℃,蒸汽牵伸倍率为2.0时结晶度、取向度最大,分别为54.2%和89.9%。利用X射线小角散射(SAXS)对比了两种不同蒸汽牵伸工艺下原丝的孔径尺寸及分布。实验结果表明,管式保压蒸汽牵伸制备原丝与过热蒸汽牵伸制备原丝相比,最小微孔比例增大3%,分形维数减小0.20。最佳工艺条件下管式保压蒸汽牵伸制备原丝对应的碳丝强度比过热蒸汽牵伸制备原丝对应的碳丝强度高0.50GPa。

水洗条件对聚丙烯腈碳纤维及其原丝性能的影响

对二甲基亚砜法(DMSO)生产聚丙烯腈(PAN)碳纤维原丝的水洗温度、时间、方式等进行探讨,进而对水洗工艺进行优化和改善。实验结果表明,控制单束12k PAN原丝水洗水用量在400~500 L/h,水洗温度在45℃,水洗时间在30~40 min,通过在水洗槽中增加拍打辊及V型隔板,可以实现丝束内DMSO残留质量分数≤0.07%。

聚丙烯腈基碳纤维原丝原液中凝胶特性的研究

通过对比试验,探究了温度、停留时间等对聚丙烯腈碳纤维原丝原液中凝胶体的形成过程的影响,并就凝胶体本身性质对原液特性的影响做了进一步的试验研究,从而充分把握了凝胶体的性质。

一种聚丙烯腈基碳纤维原丝水洗装置的研究

聚丙烯腈基碳纤维原丝水洗段是影响原丝质量的重要环节,水洗效果的好坏直接影响着碳纤维的强度。水洗的形式有多种,一般采用多级水洗槽水平串联结构形式。提出了一种水洗装置的新形式,采用此水洗装置,可以缩短水洗工序的距离,节约生产空间和成本,节约水和蒸汽的消耗,降低纤维中的残余溶剂含量,提高碳纤维的强度及均一性。

湿法纺各阶段聚丙烯腈基原丝微结构的X射线衍射分析

使用X射线衍射技术跟踪测试了生产工艺各关键节点处的聚丙烯腈原丝,并将最终制得的成品原丝与日本T700原丝进行了比较研究。目的是掌握生产过程中原丝微观结构的变化规律,了解自制原丝存在的不足之处,从而改进工艺、提高自制原丝质量。分析测试证实,随着纺丝工艺的进行,纤维不断细旦化、致密化,结晶度逐步增高;自制原丝采用较大的初始牵伸力能够促使高分子链更好的伸直取向,但过大会拉伤凝胶网络中的骨架而影响结晶度;在凝固-拉伸阶段、凝聚态变化形成超分子结构的过程中,日本T700原丝中各分子的变化更趋于一致,而自制原丝采用的湿纺工艺在此阶段仍存在问题。

聚丙烯腈基碳纤维原丝在纺丝过程中纳米孔变化规律与机理研究

应用小角X射线散射等方法,系统、定量地测试表征了聚丙烯腈基碳纤维原丝中纳米孔的尺寸、形状、体积分数、单位体积中纳米孔绝对数量以及纤维总孔洞率等形态结构参量,并对这些参量在水洗、水洗牵伸、热致密化、高压蒸汽牵伸及热稳定化等工艺过程中的变化规律及原因进行了研究.结果表明,纺丝过程中牵伸及高温热处理均可使纤维总孔洞率逐步下降.纳米孔尺寸体积分数Vi测试表明,对于小于10 nm3的小纳米孔和大于103nm3的较大纳米孔,两者的Vi在纺丝初期水洗牵伸工艺中分别为0.217和0.369,而在纺丝后期热稳定化处理后发生大幅度改变,分别为0.948与0.015.其原因并不是在高压蒸汽牵伸及热稳定处理中较小纳米孔含量的增加,而是较大纳米孔含量的大幅度减少.纳米孔形状研究表明,纺丝工艺中的多次牵伸处理均使纳米孔的长短轴比加大,而大于玻璃化温度的热处理均使纳米孔长短轴比收缩,并且对于较小纳米孔来说这种收缩更为显著.

PAN基碳纤维原丝纺丝技术及其发展现状

简介了PAN基碳纤维原丝纺丝技术的发展进程。结合目前全球主要PAN基碳纤维生产企业碳纤维原丝产品的生产方法、专利及学术研究情况,分别对湿法纺丝、干喷湿纺、凝胶纺丝、静电纺丝、熔融纺丝等PAN基碳纤维原丝典型的纺丝技术以及知识产权情况进行了阐述和分析。指出我国碳纤维技术仍处于入门阶段,其发展受许多重要因素制约,必须把我国碳纤维产业化发展提升到国家战略高度予以重视。

利用碳纤维原丝废丝制备离子液体固载催化剂

在工业中,醇氧化成醛是一个重要的反应,目前以离子液体负载小分子有机催化剂对醇的均相氧化研究较多,但其可回收再利用性较低。以聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝废丝为原料,通过对废丝的处理,将其作为离子液体的阴离子,并成功将离子液体负载于PAN基碳纤维原丝废丝上,实现了在非均相反应中的均相反应,并为方便分离催化剂和重复利用催化剂提供了一种可能。

中复神鹰碳纤维公司实现干喷湿纺SYT45级碳纤维原丝的生产

正2012年9月5日,中复神鹰碳纤维有限公司宣布,该公司通过自主创新,成为我国首个也是目前唯一实现干喷湿纺SYT45级(相当于T700级)碳纤维原丝产业化的企业。这标志着我国在高性能碳纤维生产领域取得国际话语权。据介绍,中复神鹰今年已全面开始SYT45级高性能碳纤维的规模化生产。

中国专利

一种聚丙烯腈基碳纤维原丝及其制备方法本发明公开了一种聚丙烯腈基碳纤维原丝及其制备方法,原料组成为:包含N原子的单体100.0 phr、偶氮二甲酰胺引发剂0.2~0.8 phr。以偶氮二甲酰胺为引发剂,引发结束后留在分子链末端的N原子与单体中的N原子配合促进预氧纤维梯形结构向二维芳香稠环结构的转变,共聚单体中的N原子有利于分子链间交联反应,同时采用连续滴加、分段聚合的方式,确保了聚合物结构均匀一致,提高碳得率。

年产5000吨碳纤维原丝项目投产 吉林化纤为中国“碳谷”奠基

借助吉林化纤产能不断提高的拉动力,吉林市目前快速崛起了一批碳纤维原丝碳化以及深加工产品生产企业,形成了产业发展的有利氛围。今年底,吉林市碳纤维原丝生产能力将达到5400吨、碳纤维845吨、碳纤维制品150吨,有望实现产值10亿元,成为全国最大的碳纤维生产基地。