聚丙烯腈预氧化纤维的制备与应用进展

聚丙烯腈预氧化纤维是碳纤维制备的关键中间产品,由于其具有高阻燃性、耐高温等特点,可直接用于制备阻燃织物、碳/碳复合材料等,是一种重要的高性能纤维。首先回顾了聚丙烯腈预氧化纤维的发展历程,随后对聚丙烯腈预氧化纤维的低成本化和高性能化制备技术进行了系统梳理,介绍了聚丙烯腈预氧化纤维的新应用进展,最后展望了其产业化与应用前景。

预氧化纤维阻燃产品的开发

利用德国SGLCARBONGROUP公司生产的320K预氧化纤维长丝,合理制定牵切、并条、粗纱、细纱工艺,纺制预氧化纤维的纱线,并织成了相应织物。测试了产品的力学性能、阻燃性能及保暖性能。结果表明:选择合适的工艺流程和工艺参数,可以在传统的环锭纺纱机上纺制预氧化纤维纱,其产品具有优异的阻燃性能。

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%.

PAN基预氧化纤维表面超微结构的STM研究

采用扫描隧道显微镜(STM)对射频等离子法制备的聚丙烯腈(PAN)基预氧化纤维的表面超微结构进行了研究,定性了预氧化纤维的三级结构单元。结果显示:在微米尺度下,预氧化纤维表面分布有粗细不一、沿轴向排列的带状微纤,微纤之间相互交叉;在纳米尺度下,观察到微纤由相互缠结、紧密排列的超微纤组成,随着扫描范围的逐渐缩小,进一步看到超微纤由堆积起来的细小微晶组成;在原子级尺度上,微晶表面碳原子与高取向热解石墨(HOPG)相比不很规则,但具有取向排列趋势。

PAN预氧化纤维针刺复合滤料制备与性能研究

为了改善聚丙烯腈(PAN)预氧化纤维针刺滤料纤维间缠结性能差的问题,通过混入不同含量的聚苯硫醚(PPS)纤维制得PAN预氧化纤维针刺复合滤料,对其形态、纤维缠结程度、力学性能、透气性、孔径尺寸及其分布和过滤性能进行表征和分析。结果表明:添加PPS纤维,提高了滤料中纤维的缠结程度和滤料的致密性;滤料的纵向和横向断裂强力及断裂伸长率均有所提高,当PPS纤维含量为20%时,制得的PAN预氧化纤维针刺复合滤料的最小孔径、最大孔径和平均孔径分别为12.49μm、137.68μm和75.08μm;对微粒粒径为2.5μm的过滤效率达到85%,具有较好的过滤效果。

盐酸羟胺对PAN基预氧化纤维裂解产物的影响

通过热失重分析、在线质谱分析等手段,研究了盐酸羟胺对PAN基预氧化纤维在碳化过程中裂解行为的影响。发现盐酸羟胺能够使预氧化纤维在裂解过程中释放出更多的小分子,但同时能大大地降低焦油的产量,最终使碳收率得到提高;同时发现,用盐酸羟胺处理预氧化纤维可以使所得的碳纤维的性能得到较大幅度提高。

强磁场对聚丙烯腈预氧化纤维炭化性能的影响

利用不同条件的强磁场对经过280℃预氧化的聚丙烯腈(PAN)纤维进行处理并制成炭纤维,采用X射线衍射、单丝拉伸、BET、小角X射线散射分别对炭纤维的晶体结构、拉伸强度、表面缺陷、内部孔洞取向进行了表征。结果表明,强磁场处理使炭纤维的晶体结构趋于完整,表面缺陷减少,内部孔洞取向角变小,从而提高了炭纤维的拉伸强度。

硝酸法PAN原丝及其预氧化纤维微细结构的X射线研究

用广角X射线衍射(WAXD)和小角X射线散射(SAXS)技术,探讨了批量生产的聚丙烯腈(PAN)原丝及其预氧化纤维的结构特征。同时,定量地估计出它们的相对取向度分别为83％和70.89％。PAN原丝的结晶度和微晶尺寸分别为36.82％和8.83nm。预氧化纤维的芳构化指数为0.54和该试样在2θ=30min时,SAXS的弱峰强度的最大值为5.48×10^(-3)nm^(-1),长周期为17.65nm。

Cu盐对聚丙烯腈预氧化纤维增强作用研究

一 引言 在碳纤维的生产过程中,PAN纤维经过热稳定化处理成为预氧化纤维(PANOF),再经过高温碳化,制成碳纤维。随着热稳定化温度的升高和时间的增长,大分子链上的氰基发生环化聚合,生成稳定的梯型结构:

赛络纺纺制聚丙烯腈预氧化纤维纱

探讨利用赛络纺纱技术纺制聚丙烯腈预氧化纤维纱线的工艺配置与成纱性能情况。研究了喂入粗纱间距、捻系数与成纱性能的关系,测试分析了聚丙烯腈预氧化纤维涤纶长丝包芯纱的性能。试验表明,利用赛络纺纱技术加工聚丙烯腈预氧化纤维涤纶长丝包芯纱具有明显的优势,产品的综合性能优于传统环锭包芯纱。

聚丙烯腈预氧化纤维阻燃产品加工技术

为提高聚丙烯腈预氧化纤维的可纺性,改善其纱线性能,采用转杯纺纱技术纺制纱线,通过各方案试纺对比,研究了转杯纺主要工艺参数与成纱质量的关系,合理选择工艺参数,提高了聚丙烯腈预氧化纤维的成纱质量。采用PANOF转杯纱开发的织物在阻燃性、耐磨性方面明显优于环锭纱织物。

聚丙烯腈预氧化纤维纺纱工艺的研究

本文采用聚丙烯腈预氧化长丝束纺纱加工方法，对聚丙烯腈预氧化纤维纺纱工艺进行探讨，这对预氧化纤维的开发应用具有一定的实用价值。

聚丙烯腈预氧化纤维/腈氯纶混纺阻燃织物的开发

针对原料特点,选择了特殊的纺纱油剂,制订了合理的纺纱、织造工艺流程和技术措施,开发了三种混纺比的聚丙烯腈预氧化纤维/腈氯纶混纺织物,并测试了织物的阻燃性能、耐磨性、拉伸性能、撕破性能以及透气性能。结果表明:选择合适的工艺流程和工艺参数,可以在传统的环锭纺纱机上纺制聚丙烯腈预氧化纤维/腈氯纶混纺纱,在普通的剑杆织机上织制阻燃性能优异的混纺阻燃织物。

PAN预氧化纤维的分段碳化工艺研究

本文通过对PAN预氧化纤维在碳化过程中的热裂解反应机理的分析,采用了以600℃为分界点的两段碳化工艺。对有关分段碳化的温度、碳化时间、张力及保护气氛等对最终碳纤维的力学性能的影响,作了较详细的研究。

羟胺改性对聚丙烯腈预氧化纤维低温碳化的影响

分别将未经过与经过盐酸羟胺处理的预氧化纤维在氮气(99.999%)气氛下,以5℃/min的升温速率加热至800℃进行低温碳化。通过定量傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热分析、热失重分析等手段研究了羟胺改性对预氧化纤维在低温碳化过程中的影响。结果表明:羟胺改性可以使原来环化不完全的预氧化纤维在较低温度下进一步环化,从而提高了其热稳定性和碳化收率,所得碳纤维的性能也得到了较大幅度的提高。

PAN基预氧化纤维不织布增强酚醛树脂制作炭/炭复合材料

以预氧化纤维不织布经不同热处理后 ,采用液态含浸法浸酚醛树脂后经热压成型 ,制成炭 /炭复合材料前驱体 ,随之将这些前驱体经 2 30℃稳定化 ,6 0 0℃及 10 0 0℃炭化处理。讨论了不同纤维不织布的结构变异 ,以及各种炭 /炭复合材料其微细结构及物性之变化。在物性分析方面 ,主要是以挠曲强度的测试为骨架 ,并以扫瞄式电子显微镜 (SEM)观察破断表面 ,探讨各种复合材料经不同温度处理后之破坏行为 ,研究结果显示 ,以预氧化纤维及经 6 0 0℃处理后之纤维所制复合材料经三个不同温度 (2 30℃ ,6 0 0℃ ,10 0 0℃ )处理后 ,其破坏行为均呈现剧烈的脆性破坏 ,且具有平滑之破断表面 ;而以经 10 0 0℃处理后之纤维所制复合材料经 6 0 0℃及 10 0 0℃炭化后则呈现拟塑性破坏模式 ,并伴随显著的纤维拖出现象。

阻燃粘胶与预氧化纤维混纺织物的开发

将阻燃粘胶与聚丙烯腈预氧化纤维按7种比例进行混纺,根据纤维的特点,选择合理的纺纱与织造工艺,织成相应的织物,并对7种混纺比的织物进行性能测试比较.结果表明:当阻燃粘胶与预氧化纤维混纺比例为35/65时,织物的LOI达到30%以上,续燃时间小于3 s,阴燃时间为0 s,损毁长度小于110 mm,阻燃性能良好,同时具有较好的服用性能.

PAN基预氧化纤维碳化过程中结构与性能变化

综合论述了聚丙烯腈(PAN)基预氧化纤维在碳化过程中的物理化学变化,包括裂解气体、化学反应以及由此引起的纤维结构、强度、弹性模量、断裂延伸率、直径、体密度、断裂方式的变化。

聚丙烯腈预氧化纤维的应用

介绍了聚丙烯腈预氧化纤维的结构特征及制备方法,并分析了聚丙烯腈预氧化纤维的阻燃性能,从安全防护用具及防火灾备用品、特种作业服、装饰用品、工业用材和聚丙烯腈预氧化纤维毡等方面综述了聚丙烯腈预氧化纤维的应用。结果表明,聚丙烯腈预氧化纤维是一种具有代表性的具有永久阻燃性能的纤维,其具有独特的梯形结构,极限氧指数高达45%,在各种阻燃性应用中均有较好的性能。为聚丙烯腈预氧化纤维产品的进一步开发提供参考依据。

预氧化纤维纯纺与混纺防火织物研究

本文论述了OF特性和生产工艺过程,讨论了研制OF织物中所用油剂、纤维卷曲及牵拉切断技术等难关。