PAN基炭纤维经济规模分析

聚丙烯腈 (Polyacrylonitrile缩写为PAN)基炭纤维市场需求旺盛 ,但由于我国PAN基炭纤维生产企业规模小、产品性能低 ,产品占领不了市场 ,企业效益欠佳。通过经济规模方法的分析 ,就国内现有技术状况和两个样本生产线 ,用工程技术法对PAN基炭纤维的经济规模进行分析 ,为我国炭纤维产业化发展提供参考。分析表明 ,国内PAN基炭纤维经济规模的起点为 2 0 0t a～ 2 75t

热处理温度对PAN基炭纤维结构的影响

利用SEM观察了 3种PAN基炭纤维 (TX 63、T3 0 0、T70 0 )热处理前和经不同温度热处理后的表面形貌 ,并测试了其石墨化度、Lc 和d0 0 2 值 ,以研究热处理温度对炭纤维表面和内部微观结构的影响。结果表明 :TX 3、T3 0 0炭纤维表面本身有不规则沟槽、凸起和缺陷等 ,T70 0炭纤维表面比较圆滑 ,随着热处理温度升高 ,PAN基炭纤维的表面形貌发生明显的变化 ,尤其是 2 70 0℃处理后炭纤维表面的褶皱相对较浅而小 ;石墨化度与Lc 随热处理温度升高而增大 ,d0 0 2 值则呈减小趋势 。

PAN基炭纤维中sp^2杂化的C—C原子键距与结构参数之间关系

利用Ram an散射及X射线衍射方法,对不同炭化温度下制备的PAN基炭纤维样品进行了测试。根据Ram an散射的测试结果,从F itzer碳键键距出发,给出了PAN基炭纤维中sp2杂化的C—C原子键距a0随炭化温度的变化规律。由各样品的X射线衍射测试结果,得到了各样品的结构参数(La、Lc、d002)。分析了sp2杂化的C—C原子键距a0随结构参数(La、Lc、d002)变化的原因。结果表明,C—C原子键距a0与石墨化程度有关,且随La、Lc的增大及d002的减小C—C原子键距增大。

高模量PAN基炭纤维结构的表征与性能分析

利用扫描电镜(SEM)、广角X射线衍射(WARD)、小角X射线散射(SAXS)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)等测试技术对热处理温度2400℃～3000℃的PAN基炭纤维的微观结构、表面形貌及化学组成进行了表征,分析了材料的微观组织结构与宏观性能的关系。结果表明:随热处理温度的升高,炭纤维的强度下降,模量升高,表面化学活性降低。表现在乱层石墨间距d002逐渐减小,平均微晶尺寸La、Lc逐渐增大,石墨化程度不断提高,微孔缺陷尺寸增大,大孔洞所占总微孔缺陷比例增加,PAN基炭纤维表面的O/C值降低。

T300与国产PAN基炭纤维的结构和性能研究

采用WARD、SAXS、RAMAN、XPS等测试技术对T300和国产聚丙烯腈基炭纤维(PAN-CF)的组织结构及化学组成进行了表征,分析了材料的微观组织结构与宏观性能的关系。结果表明,和T300相比,国产炭纤维的乱层石墨层间距d002略小,微晶尺寸La,Lc略大,微孔尺寸较大,大孔洞所占百分比较多,微孔含量较低。国产炭纤维表面含氧官能团含量较低,为31.35%,表面活性小。

几种PAN基炭纤维的氧化特性研究

通过氧化实验、X射线衍射分析和扫描电子显微分析 ,初步研究了 PNA基炭纤维的氧化特性。结果表明 ,PAN基炭纤维的氧化特性与其表面形貌和微晶参数密切相关 ,炭纤维表面的沟槽、坑洞越多 ,石墨微晶参数 d0 0 2 值越大 ,其氧化失重率越大 。

应用Raman光谱方法研究PAN基炭纤维中sp^2杂化的C—C原子键距与碳化温度的关系

利用Raman散射方法,对不同碳化温度下制备的PAN基炭纤维样品进行了测试,根据Raman散射的测试结果,从Fitzer碳键键距出发,得出PAN基炭纤维中乱层层面内的sp2杂化的C—C原子键距a0随炭化温度的变化.并且对这种变化规律从电子结构角度进行了初步探讨.

空气氧化刻蚀提高PAN基炭纤维抗拉强度的研究

用空气氧化刻蚀 (附浸渍预处理 )的方法对通用级 (类似T - 30 0 )PAN基炭纤维进行处理。以NaOH、HNO3 、H2 SO4、(H2 SO4+KMnO4)为浸渍液 ,研究了直接空气氧化刻蚀中的氧化温度、氧化时间、浸渍液浓度等因素对炭纤维抗拉强度的影响。结果表明 :在优化工艺条件下 ,炭纤维的抗拉强度可由 3.73GPa提高到 4 .5 2GPa。

PAN基炭纤维中SP^2杂化的C—C原子键距对电阻率影响的研究

利用激光Raman散射方法,从Fitzer碳键键距出发,得到不同碳温度下制备的PAN基炭纤维样品中SP^2杂化的C-C原子键距a_0。利用四点法对各样品的电阻率进行了测试,给出了电阻率随C—C原子键距a_0的变化规律,并对这种变化规律从电子结构角度进行了初步探讨。结果表明,SP^2杂化的共价电子向传导电子的转移及结构发展的更完善共同导致了PAN基炭纤维的电阻率随碳化温度的升高而降低。

电沉积钇对PAN基炭纤维的催化石墨化

在硝酸钇的乙醇溶液中将钇电沉积于PAN基炭纤维上,采用扫描电子显微镜对炭纤维表面电沉积钇的表面形貌进行了观察.通过钇的电沉积电量来调节钇在PAN基炭纤维表面的担载量,采用X射线衍射分析仪考察了不同钇担载量对不同热处理温度下PAN基炭纤维的催化石墨化效果,通过Scherrer和Bragg方程分别计算了石墨表观微晶尺寸(Lc)和(002)面的层间距(d002).结果表明,钇电沉积层对PAN基炭纤维具有明显的催化石墨化作用,在钇担载量为20%、热处理温度为2 400℃时,层间距d002值最小,为3.362,相应的石墨化度为90%.钇对PAN基炭纤维的催化石墨化机理遵循碳化物分解和碳的熔解析出机理.

PAN基炭纤维市场需求预测

通过对市场需求预测方法的分析,就国内PAN基炭纤维市场需求特点,对未来市场进行了定性和定量预测。

铜和硼化物对PAN基炭纤维的催化石墨化作用

将单质铜、硼酸、PAN基炭纤维进行混合研磨,经过石墨化炉高温处理,利用X射线衍射检测了铜和硼在热处理过程中的变化,研究催化剂的量和热处理温度对石墨化度的影响,结果显示炭纤维的石墨化度由25.6%提高到95.6%,表明铜和硼化物二元催化剂体系要比一元催化剂体系铜或硼更能显著地提高PAN基炭纤维的石墨化度,并完善炭纤维的石墨晶型。

PAN基炭纤维径向结构高温演变机制及其与力学性能的关系

为了研究高温处理条件下炭纤维径向结构的演变规律及其对力学性能的影响,采用Raman光谱仪、元素分析仪、X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜和力学性能测试仪等表征方法,系统地对不同温度处理后的炭纤维进行结构解析。结果表明,由于纤维在高温处理过程中热解与重组同时发生,炭纤维径向结构的变化可分为两个阶段。第一阶段为处理温度低于1700℃时的径向结构差异随处理温度升高而减小的阶段,此阶段热裂解对径向结构差异的影响起主导作用。第二阶段为处理温度高于1700℃的径向结构差异随处理温度升高而增大的阶段,此阶段结构重组对径向结构差异的影响起主导作用。受径向结构差异的影响,炭纤维拉伸强度随处理温度的升高,呈现先增大后减小的趋势,经1700℃处理后的炭纤维径向结构趋于均质,拉伸强度达到最大。依据炭纤维石墨化程度与炭微晶大小的关系,炭纤维皮层炭微晶为纤维径向上最规整、最完整的碳结构,因此炭纤维拉伸模量主要取决于皮层大尺寸且高取向的炭微晶。

新形势下的全球PAN基炭纤维产业动向

罗益锋撰文对新形势下的全球PAN基炭纤维产业动向进行了阐述。世界金融危机使全球炭纤维产业受到重创,供过于求和价格下滑的局面,却推动了下游炭纤维复合材料产业的蓬勃发展,并促进了本行业的技术进步,而全球节能减排的大趋势,又助推了炭纤维及复合材料市场的复苏,然而以中国为首的新兴国家炭纤维产业的迅速崛起,

PAN基炭纤维微孔结构的研究

对不同炭化温度的PAN基炭纤维的小角X射线散射强度进行测试.基于小角X射线散射理论,利用逐级切线法和材料分形理论中的散射强度法,分别计算PAN基炭纤维内微孔大小、体积分数及微孔表面分形维数.给出了不同炭化温度PAN基炭纤维的微孔大小、体积分数、微孔表面分形维数的定量表征及其随炭化温度的变化规律.

PAN基炭纤维的电阻率与炭化温度的关系

对不同炭化温度下制备的PAN基炭纤维的电阻率、乱层石墨微晶择优取向进行了测量,给出了PAN基炭纤维的电阻率随炭化温度及乱层石墨微晶择优取向的变化规律.对这种变化规律从电子结构角度进行了初步探讨.结果表明,C—C原子键上的共价电子向传导电子的转移及结构发展的更完善共同导致了PAN基炭纤维的电阻率随炭化温度的升高而降低.

PAN基炭纤维的石墨化度表征及与电阻率的关系

利用拉曼（Raman）散射和直流四电极法对热处理温度2400-3000℃的PAN基炭纤维样品进行测试，得到PAN基炭纤维的拉曼光谱与电阻率随热处理温度的变化关系．用Raman光谱的特征谱线的积分强度比对炭纤维的石墨化度进行了表征，分析了炭纤维的石墨化度对电阻率的影响，结果表明，随着热处理温度的升高，炭纤维的石墨化度降低，电阻率降低．

高模量PAN基炭纤维的表面研究

采用X射线光电子能谱(XPS)对热处理温度为2400-3000℃的聚丙烯腈基炭纤维(PAN-CFs)的表面元素组成、相对含量以及表面官能团的类型进行了表征.结果表明,热处理温度在2400℃以上,炭纤维表面只存在—C—C—结构和羟基、醚键等结构.随着热处理温度的升高,PAN-CFs表面C元素的含量不断上升,—C—C—结构含量不断增加,而羟基、醚键等结构的含量不断下降,表面活性降低.

我国PAN基炭纤维发展的对策

回顾我国过去发展炭纤维过程中存在的问题，作了针对性的分析，同时对将来发展的对策提出一些建议。

B_4C催化剂对PAN基炭纤维径向结构和性能的影响

采用机械混合法将纳米B4C催化剂均匀地分散在自制纺丝液中,经预氧化、低温炭化、高温炭化处理后,分析硼元素在PAN基炭纤维径向上的分布。并通过扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子扫描(AES)、X射线光电子扫描(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、拉曼光谱仪(Raman)以及X射线衍射(XRD)等测试方法观察并研究了炭纤维表面形貌和结构的变化以及硼的催化石墨化效应。实验结果表明:添加B4C催化剂可以提高炭纤维的径向均匀程度,弱化皮芯结构,提高整体的石墨化度。