同轴静电纺丝再经两步后处理制备PAN基中空碳纤维

采用聚丙烯腈(PAN)溶液作为壳层,甲基硅油作为芯层,利用同轴静电纺丝技术制备出外径为3μm的同轴PAN复合纤维,经过预氧化和炭化后可以制得直径约为1μm的中空碳纤维.采用扫描电镜(SEM)观察中空纤维形貌.傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)表征了热处理前后纤维成分变化.分析了同轴射流结构、芯液/壳液流速比Vin/Vout对中空结构的影响.研究表明,同轴内针尖伸出外针尖的距离Zp是影响同轴射流形成的主要因素,伸出长度Zp约为外针孔半径rout的1/2时得到同轴射流,Zp>0.7rout时从冠状锥体周围产生许多射流,不能在锥顶部形成同轴射流.芯液/壳液流速比Vin/Vout对中空结构的形成有较大影响,当Vin/Vout=0.5时得到多孔纤维,增大芯液流速,当Vin/Vout=1时得到中空纤维,继续增大Vin/Vout=2时得不到同轴射流.

聚丙烯腈基活性中空碳纳米纤维制备及其性能

为制备具有较高孔隙率的聚丙烯腈(PAN)活性中空碳纳米纤维(AHCNF),以自行制备的PAN为原料,经同轴静电纺丝、预氧化、炭化、活化后制备得到AHCNF,借助X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、比表面积测试仪研究了致孔剂对其形态与孔结构的影响。结果表明:制备的PAN共聚物环化温度较低,环化放热较缓和,有利于预氧化的进行;炭化过程将PAN表面的碳氧单键转化为碳氧双键,而活化过程将碳氧双键进一步转化为酯基;添加致孔剂和未添加致孔剂得到的PAN活性中空碳纳米纤维横截面呈明显的中空结构,纤维壁较为致密;添加致孔剂后,活性中空碳纳米纤维的总比表面积从55.719m^2/g增加到532.639m^2/g,孔容从0.070cm^3/g增加到0.312cm^3/g,介孔平均孔径从3.408nm增加到4.309nm,收率从27.14%降低到9.44%。

同轴电纺法制备纳米空心碳纤维

高压静电纺丝的基本原理是高分子溶液在静电力的作用下产生弯曲失稳而被拉伸形成微纳米纤维。同轴电纺技术是对常规静电纺丝的改进,可用于制备复合或空心微纳米纤维。为制备纳米空心碳纤维,利用同轴电纺法进行了实验,讨论了溶液质量分数、界面张力等对纤维形貌的影响,表征了核-壳空心结构对碳纤维晶体结构的影响。实验结果表明:较高的壳溶液质量分数以及壳溶液与核溶液之间较低的界面张力有利于电纺过程中同轴复合纤维的形成;获得的空心碳纤维的晶体结构与传统实心碳纤维相比无明显差异。