聚丙烯腈基碳纤维原丝在干湿法纺丝中溶剂扩散过程的研究

聚丙烯腈基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀的优良性能,广泛应用于化工、机械、造船等方面。在聚丙烯腈基碳纤维的干湿法纺丝中,纺丝原液进入凝固浴后发生的溶剂扩散过程对聚丙烯腈基碳纤维原丝的结构和性能有重要影响。通过Fick定律建立了纺丝液溶剂扩散的数学模型,得出了溶剂沿纤维原丝的径向分布,还讨论了各种因素对溶剂质量分数分布的影响。     

溶剂中金属离子对聚丙烯腈基碳纤维及其原丝的影响

金属离子的含量对碳纤维及其原丝的质量有很大的影响。分析了溶剂二甲基亚砜(DMSO)中金属离子含量对聚丙烯腈(PAN)原液聚合、原丝及碳纤维性能的影响。试验表明:DMSO中金属离子的存在,会在聚合源头处影响聚合反应,造成物料均一性、可纺性、可牵伸性下降,使原丝及碳纤维性能下降;而几种金属离子中,铁离子的干扰破坏性最大。     

丙烯腈单体残留对PAN原丝及其碳纤维质量的影响与脱除工艺的改进

分析了在PAN基碳纤维的生产过程中,丙烯腈(AN)单体残留对原丝及碳纤维的毛断丝、纤维表面结构及其性能等方面的影响,调整、优化了脱单工艺参数。试验结果表明,按脱单真空度-100.5 k Pa、脱单温度80℃、薄膜厚度1 mm和停留时间4 h的工艺参数进行物料脱单,AN单体残留量降至3×10-5,明显改善并提高了原丝及其碳纤维的质量和性能。     

聚丙烯腈碳纤维原丝水洗控制方法研究

通过对聚丙烯腈碳纤维原丝二甲基亚砜(DMSO)残留量、 膨润度、 碳纤维强度等数据进行分析,并比较其生产过程中拍打式水洗不同的张力条件,得出拍打式水洗过程中需要适宜的张力,张力过大不但会造成亚砜残留量过高,还会对生产过程产生影响,而适宜的张力可以提高水洗效果以及原丝取向度,进而提高碳纤维的强度.     

聚丙烯腈基碳纤维原丝在干湿法纺丝中非溶剂扩散过程的研究

聚丙烯腈基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀的优良性能,广泛应用于化工、机械、造船等方面。在聚丙烯腈基碳纤维的干湿法纺丝中,纺丝原液进入凝固浴后发生的非溶剂扩散过程对聚丙烯腈基碳纤维原丝的结构和性能有重要影响。该文通过Fick定律建立了适用于纺丝原液是溶剂、高聚物和非溶剂三组分体系的非溶剂扩散数学模型,指出该模型的适用范围。此外,该文还作出了非溶剂分子的浓度随时间的变化曲线。     

聚丙烯腈基碳纤维的研究进展

综述了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维制备技术现状和进展.分析了对PAN原丝质最有重要影响的PAN化学组成、纺丝溶剂和纺丝技术特点.重点讨论了PAN原丝氧化稳定工艺和机理、碳化过程所发生的化学反应和工艺过程以及石墨化对碳纤维性能的影响.在分析国外碳纤维研究进展的基础上,建议应重点完善PAN原丝生产工艺,利用国内外最新研究成果,采用有效的试验方法,将碳纤维的抗拉强度和杨氏模量作为目标函数,建立各种工艺条件对目标函数影响的数学模型,判别对碳纤维性能有重要影响的参数,并寻找出高性能碳纤维生产较为理想的工艺条件.     

二甲基亚砜法与硝酸法生产聚丙烯腈原丝的优劣比较

从溶剂性质、原丝结构性能以及所制备的碳纤维性能等方面,对二甲基亚砜（DMSO）法与硝酸（HNO3）法生产的两种原丝进行比较,找出并分析两种溶剂生产的聚丙烯腈（PAN）原丝在密度及结构均一性等方面的区别。研究表明,DMSO法PAN原丝具有强度高、取向度高等优点,DMSO法更有利于提高碳纤维用PAN原丝质量。     

水洗方法对PAN原丝及其碳纤维结构与性能的影响

在聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产中,分别采用浸涌式水洗、拍打式水洗、超声式水洗3种方法对PAN原丝进行水洗,讨论了PAN原丝的线密度对水洗效果的影响,以及3种水洗方法对PAN原丝及其碳纤维的结构与性能的影响。结果表明:在水洗流量1 m3/h、水洗温度60℃、水洗时间1.2 min的条件下,随着PAN原丝线密度的增加,原丝中二甲基亚砜(DMSO)残留量增加,浸涌式水洗受原丝线密度的影响较大,超声式水洗受原丝线密度的影响较小;在PAN原丝线密度为4.0 dtex时,PAN原丝经浸涌式、拍打式、超声式水洗后,DMSO残留量分别为1 000,200,90μg/g,相应碳纤维强度分别为5 139,5 120,4 930 MPa;浸涌式水洗对PAN纤维的损伤较小,超声式水洗对PAN纤维的损伤较大。     

低成本PAN基碳纤维原丝生产技术研究

针对PAN原丝湿法纺丝工艺,分析了影响原丝成本结构的3个因素,即原材料消耗、过程消耗以及溶剂消耗。提出了降低原丝生产成本的6项措施和改进建议,表明低成本原丝生产技术的应用,将使原丝的生产成本降低27%以上,并将大幅度降低碳纤维的制造成本,推动碳纤维材料进入更加广阔的应用市场。同时,也为国内碳纤维项目设计和原丝工艺优化提供了一定的参考。     

纺丝成形工艺和条件对PAN原丝中孔隙的影响

孔隙是聚丙烯腈基碳纤维原丝的一种十分重要的形貌结构,与最终得到的碳纤维的性能密切相关。文章分析和讨论了纺丝成形中原丝孔隙的成因和演变以及对碳纤维性能的影响,并简介了几种表征原丝孔隙的方法。     

凝固浴对PAN原丝性能的影响

在生产聚丙烯腈(PAN)炭纤维过程中,纺丝期间凝固浴的各种条件对纤维的成型和性能起着关键作用。本文介绍PAN高聚物在湿法一步法纺丝过程中二甲基亚砜(DMSO)凝固浴各种成型工艺条件对PAN原丝的结构、机械和物理性能的影响。     

DMSO残余溶剂对PAN原丝质量的影响

二甲基亚砜（DMSO）的溶剂残余含量是衡量PAN原丝产品性能的关键指标,是PAN原丝表面及内部形成缺陷的主要成因,其残余含量的高低直接影响PAN原丝成品的产量和质量.实验表明：采用浸洗加喷涌的水洗方式,通过提高水洗温度和循环喷涌量可以有效降低原丝中残余DMSO的含量,从而提高PAN原丝的产品质量.     

The effect of the side chain of acrylate comonomers on the orientation,pore-size distribution,and properties of polyacrylonitrile precursor and resulting carbon fiber

The side-chain size of acrylate comonomer in polyacrylonitrile (PAN) precursor markedly influences the microstructure of PAN fiber and its resulting carbon fiber. In this paper, we propose that the model of the crystal orientation of PAN precursor and its resulting carbon fiber can explain the effect of the side-chain size of acrylate comonomer on the orientation of PAN fiber and carbon fiber. When PAN precursor contains a larger side chain of comonomer, PAN precursor has the preferred crystal orientation and higher crystallinity and the orientation of its resulting carbon fiber unexpectedly decreases. This is because the larger the side chain is, the lower is the orientation of the amorphous region of PAN fiber; as a result, the average orientation after carbonization decreases. In the same mole fraction of comonomer, the carbon fiber based on PAN precursor with a smaller side chain of acrylate comonomer has better mechanical properties and higher yield.     

碳纤维用聚丙烯腈原丝制备技术的研究进展

碳纤维的品质在很大程度上取决于原丝。制造品质优异的原丝的主要制约因素有聚合体中共聚单体类型、纺丝方法及工艺、拉伸工艺、干燥致密化程度、上油工艺及油剂类型。本文从以上几个方面总结了日本文献中制取高性能碳纤维原丝的几种关键技术。     

DMSO法PAN原丝湿法纺丝工艺研究

通过实验对二甲基亚砜（DMSO）法聚丙烯腈（PAN）原丝的纤维凝固成形、水洗、牵伸、干燥定型条等湿法纺丝工艺对纤维性能的影响进行了研究,实验结果表明：增大喷丝板孔径,有利于提高原丝的取向度和干燥收缩率;调节凝固浴质量分数和温度,可生产出综合性能较好的原丝;提高水洗温度有利于制得性能好的原丝;热水、沸水和蒸汽3级牵伸工艺...     

PAN基碳纤维原丝产品均质性研究

从纺丝生产工艺方面对聚丙烯腈(PAN)原丝产品均质化的影响因素进行了试验探讨。研究表明:优质的PAN原丝是碳纤维发展的基础,而均质化差的PAN原丝将导致原丝产品质量的性能缺陷及生产波动,极大的影响原丝的加工性能。     

Investigating the jet stretch in the wet spinning of PAN fiber

The jet stretch of wet‐spun PAN fiber and its effects on the cross‐section shape and properties of fibers were investigated for the PAN‐DMSO‐H₂O system. Evidently, the spinning parameters, such as dope temperature, bath concentration, and bath temperature, influenced the jet stretch. Also, under uniform conditions, the postdrawing ratio changed as well as that of jet stretch. When coagulation temperature was 35°C simultaneously with bath concentration of 70%, jet stretch impacted obviously the cross‐section shapes of PAN fiber, but had little effect when the temperature was below 10°C or above 70°C. As the jet stretch ratio increased, the crystallinity, crystal size, sonic orientation, and mechanical properties of the as‐spun fiber changed rapidly to a major value for jet stretch ratio of 0.9 where the cross section of as‐spun fiber was circular. With further increasing of jet stretch ratio, the properties changed slightly but the fiber shape was not circular. The results indicated that appropriate jet stretch, under milder formation conditions in wet‐spinning, could result in the higher postdrawing ratio and circular profile of PAN fiber, which were helpful to produce round PAN precursor with minor titer and perfect properties for carbon fiber. © 2007 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 2007