碳纤维原丝用二元丙烯腈聚合物的合成及性能

设计合成了双功能共聚单体3-羧基-3-丁烯酰胺(CBA),采用溶液聚合的方法制备丙烯腈二元共聚物作为碳纤维前驱体,详细研究了单体配比对聚合反应、聚合物结构和预氧化性的影响。结果表明,随着单体投料中CBA含量的增加,聚合物中CBA含量增加,而相对分子质量和转化率均逐渐降低;红外光谱和差示扫描量热分析表明CBA单体能够通过离子机理引发环化,使预氧化温度降低60℃以上,且随着CBA单体含量的增加,离子环化反应加强,放热速率降低,有利于避免集中放热,CBA可以明显改善聚丙烯腈(PAN)的预氧化性能,有利于制备高性能碳纤维。     

共聚单体改性PAN原丝热性能研究

采用溴化1-烯丙基3-乙基咪唑(VIM-Br)与丙烯腈(AN)自由基溶液共聚,以偶氮二异丁腈为引发剂在二甲基亚砜中合成了聚丙烯腈(PAN)纺丝溶液,并用湿法纺丝纺制得了PAN原丝。运用差示扫描量热分析(DSC)、红外光谱(FT-IR),13 C固体核磁(13 C-NMR)研究了VIM-Br对PAN原丝预氧化热性能的影响。结果表明,在预氧化反应过程中,含有强极性Br原子的共聚单体VIM-Br能够催化环化反应,降低预氧化起始反应温度,缓和预氧化反应放热;和传统共聚单体衣康酸(IA)相比,VIM-Br的空间效应为氧气向PAN纤维内部扩散提供了分子级的通道,增加了进入纤维内部的氧气量,提高了预氧化反应程度。     

衣康酸铵改性对聚丙烯腈热性能的影响

在二甲基亚砜溶液体系中,制备了丙烯腈一衣康酸铵共聚树脂。用差示扫描量热和热失重一质谱仪分析了衣康酸铵对聚丙烯腈预氧化稳定化放热曲线和炭化裂解过程的影响。衣康酸铵有效地降低了树脂的预氧化放热峰起始温度和放热量,拓宽放热峰,提高了炭化收率;衣康酸铵含量从0．2％增至1．0％时,炭化收率逐渐增大;含1．0％衣康酸铵的共聚PAN与均聚PAN相比,炭化过程中部分主要挥发性产物的释放量减小。     

PAN纤维热稳定化过程中环化反应对氧化反应的影响

在惰性气氛中制备了不同环化程度的聚丙烯腈(PAN)热稳定化纤维,并将其在含氧气氛中进一步氧化处理,通过差示扫描量热仪(DSC)、傅立叶变换红外(FT-IR)和元素分析(EA)等方法研究了PAN纤维热稳定化过程中环化反应对氧化反应的影响。结果表明,与环化反应相比,氧化反应可在更低的温度下进行;对于环化程度越高的PAN热稳定化纤维,在含氧气氛中经相同条件热处理后氧含量越高,即氧化反应程度越高,故环化反应对氧化反应具有促进作用。     

二元氨化聚丙烯腈碳纤维制备及性能的研究

以二甲基亚砜为溶剂,偶氮二异丁腈为引发剂,丙烯腈(AN)和氨化的衣康酸(IA)为聚合物单体进行二元自由基均相溶液聚合,合成了聚丙烯腈(PAN)纺丝溶液,经湿法纺丝制得PAN原丝,经预氧化和碳化得到氨化的PAN基碳纤维。采用扫描电镜、广角X射线衍射、动态机械法和电子万能机等表征方法对PAN原丝和PAN碳纤维的性能进行了表征。结果表明:IA经氨化后制得β-衣康酸,以β-衣康酸为聚合单体制备的二元PAN基原丝的拉伸性能更优异。     

DSC法研究PAN纤维的低温热解特性

利用DSC法(差示扫描量热法)考察了三种PAN(聚丙烯腈)纤维在空气条件下热稳定化过程。实验结果表明:不同的样品其环化反应热效应各不相同,吉林丝呈现出两个放热峰,而榆次丝仅有一个放热峰。同时,随着样品本体羧基基团的引入,环化反应活化能下降,使其反应易于进行。而且,利用Sharp法和Ellerstein法对反应动力学参数进行了求解,其值较为接近。另外,还讨论了温速对其放热量的影响。     

衣康酸含量对聚丙烯腈热行为的影响

共聚单体含量是影响PAN树脂在预氧化过程中反应特征的因素之一，通过热失重、差示扫描量热和X-射线衍射法探讨了衣康酸含量对共聚PAN的热失重、放热量、环化速度的影响。结果表明：衣康酸含量的质量分数从1．4％增加至4．3％时，共聚PAN在预氧化过程中放热量、热失重逐步降低；当衣康酸含量的质量分数超过4．3％时，其放热量和热失重逐渐增加。含4．3％衣康酸的聚丙烯腈树脂有最小的热失重、放热量和较低的环化速度。     

脒端基对聚丙烯腈原丝氧碳化行为的影响

以偶氮二异丁脒盐酸盐(AIBA)、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,分别制备了具有不同端基结构的丙烯腈与衣康酸共聚物PAN-AIBA和PAN-AIBN,采用湿法纺丝技术制备PAN原丝。采用两种梯度升温方式对PAN原丝进行热稳定化处理,对优选的预氧化纤维进行高温碳化制得碳纤维。采用多种手段表征纤维结构与组成的变化规律。结果表明,脒端基可提高PAN预氧纤维的相对环化率,使其氧含量和体密度平稳增长,因此有利于预氧化纤维的结构调控。PAN-AIBA基碳纤维的皮芯结构差异小于PAN-AIBN基碳纤维,与其相对温和的热稳定化行为相符。     

水溶性偶氮盐引发制备高分子量聚丙烯腈工艺研究

采用水溶性偶氮盐——偶氮二异丁脒盐酸盐(V50)为引发剂,以丙烯腈/丙烯酰胺/衣康酸(AN/AM/IA)为共聚合反应单体,根据正交试验方案,采用混合溶剂沉淀法合成了具有不同聚合反应转化率和平均分子量的聚丙烯腈(PAN)共聚物。结果表明:反应时间和反应温度是分别影响聚合反应转化率和聚合产物平均分子量最明显的因素。结合不同反应因素的影响显著性,进行验证性实验表明:通过改进正交试验获得的聚合工艺条件能够制备出具有高转化率和高分子量的PAN共聚物。PAN产物的红外谱图上存在较强的氰基(C≡N)和不同波数的羰基(C=O)吸收峰,表明AM和IA单体与AN发生了共聚合反应。     

聚(衣康酸丁二醇酯癸二酸丁二醇酯)的合成与表征

以衣康酸(IA)、癸二酸(SA)和1,4-丁二醇(BDO)为反应单体,采用熔融酯化缩聚法合成了一系列新型可生物降解脂肪族聚(衣康酸丁二醇酯癸二酸丁二醇酯)(PBIS)。采用核磁共振、凝胶渗透色谱、差示扫描量热、热失重分析和酶降解测试等方法对共聚酯的结构和性能进行了表征。凝胶渗透色谱测试结果表明,随着共聚酯中衣康酸含量的增加,其数均相对分子质量先减小后增大;差示扫描量热分析得出,产物的熔点和结晶温度随衣康酸含量的增加而下降;热失重分析表明,共聚酯拥有较好的热稳定性;酶降解测试得出共聚酯具有良好的生物降解性,且降解速率随衣康酸含量的增加而加快。     

混合溶剂沉淀聚合工艺制备AN/AM/IA三元共聚物研究

以偶氮二异丁脒盐酸盐(V50)为引发剂,采用水/二甲基亚砜(H_2O/DMSO)混合溶剂沉淀聚合工艺合成了高分子量的丙烯腈/丙烯酰胺/衣康酸(AN/AM/IA)三元共聚物。用乌氏黏度计测出产物的平均分子量,继而分析了引发剂浓度、总单体浓度、混合溶剂配比、共聚单体配比以及反应温度和时间对该聚合反应转化率和聚合物平均分子量的影响规律。结果表明:采用V50引发混合溶剂沉淀聚合工艺,可制得高产率和高分子量的PAN共聚物。     

聚丙烯腈基炭纤维的制备

采用丙烯腈（AN）与衣糠酸（IA）自由基溶液共聚合,以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂,在二甲基亚砜（DMSO）中合成了聚丙烯腈肪丝溶液,经湿法纺丝制得聚丙烯腈（PAN）原丝。在原丝牵伸的最后一般用CoSO4水溶液浸渍改性。利用SEM、TEM和热稳定化过程研究等方法进行对比研究改性前后纤维的结构与性能。结果表明：CoSO4能催化PAN原丝的热稳定化、环化反应,缩短预氧化时间,并能提高最终炭纤维的机械性能。     

聚丙烯腈原丝的预氧化过程研究

采用密度分析、红外吸收光谱(FT-IR)分析仪、广角X射线衍射(WXRD)仪、差示扫描量热(DSC)分析仪和扫描电子显微镜( SEM)等手段,系统地研究了聚丙烯腈(PAN)原丝预氧化过程中的结构变化.结果表明,在预氧化过程中,PAN原丝的密度和相对环化率均增加,结晶尺寸先变大后变小,结晶度降低,说明环化反应先主要在非晶...     

木质素-丙烯腈共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应

通过酯化反应和自由基共聚反应制备了具有良好可纺性的木质素-丙烯腈(LS-AN)共聚物,采用湿法纺丝工艺制备了3种不同直径的LS-AN共聚物纤维,然后在梯度升温模式下对其进行热稳定化处理,采用差示扫描量热仪、红外光谱仪、密度梯度仪研究了LS-AN共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应。结果表明:在空气气氛中,减小直径能够显著促进热稳定化反应的进行;减小纤维直径有利于氧向纤维内部扩散,促进氧化反应的进行,从而获得均质的径向稳定化结构;减小纤维直径可以显著提高碳纤维的力学性能,由直径最小的LS-AN共聚物纤维制得了拉伸强度和拉伸模量分别达到849 MPa和146GPa的碳纤维。     

木质素-丙烯腈共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应EI北大核心CSCD

通过酯化反应和自由基共聚反应制备了具有良好可纺性的木质素-丙烯腈(LS-AN)共聚物,采用湿法纺丝工艺制备了3种不同直径的LS-AN共聚物纤维,然后在梯度升温模式下对其进行热稳定化处理,采用差示扫描量热仪、红外光谱仪、密度梯度仪研究了LS-AN共聚物纤维热稳定化过程中的直径尺寸效应。结果表明:在空气气氛中,减小直径能够显著促进热稳定化反应的进行;减小纤维直径有利于氧向纤维内部扩散,促进氧化反应的进行,从而获得均质的径向稳定化结构;减小纤维直径可以显著提高碳纤维的力学性能,由直径最小的LS-AN共聚物纤维制得了拉伸强度和拉伸模量分别达到849 MPa和146GPa的碳纤维。     

水相悬浮法合成丙烯腈三元共聚物的工艺研究

以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,采用水相悬浮聚合工艺合成了高分子量的丙烯腈/丙烯酸甲酯/衣康酸(AN/MA/IA)共聚物。研究了引发剂浓度、总单体浓度、分散剂浓度、共聚单体配比、聚合温度和聚合时间对共聚反应的影响。结果表明,该聚合体系的反应速率及产率较高,且制得的AN三元共聚物具有较高的粘均分子量。     

氧对聚丙烯腈预氧化环化的促进机理EI北大核心CSCD

通过比较聚丙烯腈(PAN)纤维在空气条件下的热重分析(TG)及不同含氧量气氛中的差示扫描量热分析(DSC)结果,发现氧对PAN纤维有增重及对预氧化环化有促进作用。氧化增重是气氛中的氧对PAN分子链氧化的结果,氧化对PAN分子链螺旋结构的解旋有利于PAN预氧化环化。借助于纤维电子强力仪、显微镜等技术,测定了样品PAN的初始模量、断裂强度及断裂模量。统计结果表明,氧通过参加PAN分子链上的反应,促使PAN分子链的螺旋结构解旋,形成了非螺旋结构,有利于分子内的环化反应,提高了预氧化环化的速度及质量。     

引发剂对丙烯腈共聚物热性能的影响

采用氧化还原引发体系和过硫酸铵作为引发剂,用水相沉淀聚合方法得到了两种丙烯酸共聚物,并用DSC研究了丙烯腈共聚物在氮气氛围中,在200～350℃下的环化放热情况;然后使用TGA研究了共聚物在氮气氛围中,从室温到710℃的热失重过程;并采用变温红外探讨了PAN共聚物在环化过程中结构的变化;最后讨论了引发剂的用量对环化放热峰和热失重的影响。     

氧对聚丙烯腈预氧化环化的促进机理

通过比较聚丙烯腈(PAN)纤维在空气条件下的热重分析(TG)及不同含氧量气氛中的差示扫描量热分析(DSC)结果,发现氧对PAN纤维有增重及对预氧化环化有促进作用。氧化增重是气氛中的氧对PAN分子链氧化的结果,氧化对PAN分子链螺旋结构的解旋有利于PAN预氧化环化。借助于纤维电子强力仪、显微镜等技术,测定了样品PAN的初始模量、断裂强度及断裂模量。统计结果表明,氧通过参加PAN分子链上的反应,促使PAN分子链的螺旋结构解旋,形成了非螺旋结构,有利于分子内的环化反应,提高了预氧化环化的速度及质量。     

聚乙二醇/聚丙烯腈共混物的增容机理和蓄热储能性

以丙烯腈(AN)和衣康酸(IA)共聚生成丙烯腈/衣康酸共聚物(P(AN-co-IA))为相容剂,用溶液共混法制备聚丙烯腈/聚乙二醇高分子固-固相变材料,用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、步冷曲线、差热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)及偏光显微镜等手段对共混物进行表征,分析讨论了P(AN-co-IA)的增容机理和蓄热储能性。结果表明,P(AN-co-IA)对聚乙二醇/聚丙烯腈(PAN/PEG)共混体系具有良好的增容效果,共混材料的保温性能良好,具有较大的焓值,其相变温度和相变焓随着PEG含量的增加而提高,共混物呈现出"固-固"相变特性。在有限次的循环加热中相变温度及相变焓无明显变化,表明材料的蓄热耐久性良好。