热氧化对PAN基碳纤维结构与性能的影响

将PAN基碳纤维在于400~700℃条件下空气中进行热氧化处理,然后利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、密度梯度管和纤维强力仪研究了其表面化学组成、表面形貌与性能的变化。结果表明:热氧化温度低于600℃时,纤维表面含氧量随热氧化温度升高不断增加,到600℃时氧含量增加了7.11%,主要增加的官能团为羟基、醚键以及羰基,纤维体密度、线密度随热氧化温度变化不明显;700℃时由于含氧官能团的裂解,氧含量有所减少,裂解部分主要为羰基,纤维体密度明显增加,线密度急剧减小;纤维强度随热氧化温度升高不断减小,600℃后减小趋势更加明显;模量随热氧化温度变化不明显。     

PAN基高性能碳纤维的制备及其性能的研究

碳纤维（简称ＣＦ）是一种新型高强度材料。本研究工作采取连续预氧化碳化方式，探索ＣＦ制备过程中工艺－结构－性能之间的关系。利用光学显微镜，密度，ｘ－射线衍射，元素分析等技术和测试手段重点研究工艺参数对ＣＦ结构性能的影响。实验结果表明，ＣＦ的结构性能与工艺条件有着密切关系，通过控制ＣＦ有关的制备工艺参数，可以制得高性能碳纤维。     

共聚组分对聚丙烯腈(PAN)纤维预氧化程度的影响及其与碳纤维结构和性能的关联

利用自制碳纤维连续化试验线对两类聚丙烯腈（PAN）原丝进行了不同条件的梯度升温预氧化处理,并最终得到碳纤维。采用差示扫描量热分析（DSC）、红外光谱（FT-IR）、广角X射线衍射（WAXD）等表征手段分析了共聚组分对PAN分子链规整度的影响以及分子链规整度对预氧化、炭化过程中纤维结构转变的影响。结果表明,相对于三元共聚PAN纤维,二元共聚PAN纤维由于分子链规整度的提高,与环化反应有关的放热反应相对滞后发生;在相同的预氧化条件下,二元共聚PAN纤维能得到环化度较高的预氧化纤维,所得碳纤维的类石墨晶粒尺寸Lc也较大。结合碳纤维的拉伸强度和拉伸模量数据发现,二元共聚纤维适宜预氧化的温度要高于三元共聚纤维适宜预氧化的温度。     

不同纤度PAN纤维预氧化过程研究

采用红外吸收光谱（FT-IR）分析、差示扫描量热（DSC）分析、X射线衍射（XRD）分析等表征手段及纤维密度、皮芯结构测试方法,考察了不同纤度PAN纤维在预氧化过程中的反应、晶体结构和皮芯结构的变化。结果表明：在预氧化后期,相同的预氧化温度下,纤度较小的PAN纤维发生了更多的氧化反应,具有较高的相对环化率和略高的密度;纤度较小的预氧化纤维具有较小的芯,相对容易获得均质结构。     

PAN基碳纤维微结构特征的研究

利用X射线衍射（XRD）,拉曼光谱（Raman）对几种高性能聚丙烯腈（PAN）基碳纤维的微观结构进行了研究,并初步讨论了微观结构对碳纤维机械性能的影响机理。研究结果表明：高强（T系列）碳纤维的微晶约由5～6层石墨平面组成,高强高模（MJ系列）碳纤维的微晶约由10～20层石墨平面组成;晶区取向度是影响碳纤维模量的主要因素,影响碳纤维强度的主要因素随石墨化程度的不同有所改变。     

循环伏安法对PAN基高模碳纤维阳极氧化表面处理的研究

以未表面处理的PAN基高模碳纤维(HMCF)为工作电极,分别用NH4H2PO4、NH4HCO3和KOH为电解质,进行循环伏安多重扫描,以研究HMCF在不同电解质中的电化学反应行为以及电解质的氧化能力。同时采用连续恒流阳极氧化的方法对HMCF进行表面处理,验证循环伏安法得到的结论。通过联碱滴定、SEM等方法表征处理前后纤维表面官能团、表面形貌的变化;处理前后纤维与环氧树脂界面粘接性能的变化通过层间剪切强度(ILSS)表征。循环伏安结果显示:在NH4H2PO4溶液中扫描时氧化反应峰值电流最高,表明纤维表面生成的官能团最多;在KOH溶液中扫描时平台电流最高,表明纤维表面粗糙度提高幅度最大。联碱滴定结果表明NH4H2PO4溶液处理后纤维表面官能团含量提高最多;SEM结果显示KOH溶液处理后纤维表面粗糙度增加最明显;这两点验证了循环伏安多重扫描的结果。用NH4H2PO4、KOH处理后的纤维与环氧树脂ILSS达到75MPa、60MPa,分别提高240%和170%。     

金属离子对PAN基碳纤维结构和性能的影响

采用浸渍的方法,将钠、铁离子引入聚丙烯腈(PAN)纤维。经预氧化、低温碳化后,分别在1200、1300、1500℃温度下,对PAN纤维进行高温碳化处理。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、体密度、力学性能等测试手段研究了金属离子对PAN基碳纤维结构和性能的影响。结果表明,添加金属离子后,1500℃处理的碳纤维(002)面的层间距减小,碳纤维的抗拉强度降低,碳纤维的弹性模量增加;碳纤维横断面结构尺寸大小不一,结构疏松。金属离子的加入,一方面能促进碳纤维的乱层结构向石墨结构的转变,弹性模量增加;另一方面使碳纤维的缺陷增加,抗拉强度降低。     

石墨化过程中元素铁对PAN基碳纤维成分及结构的影响

运用EA、Raman和XRD等方法分别研究了PAN基碳纤维石墨化过程中非结构型成分铁对碳纤维中C、N、H等结构型成分、化学结构和聚集态结构的影响,探讨了碳纤维成分变化与结构演变的关联关系。研究表明,元素铁对碳纤维中N元素的逸出具有较强的催化作用,碳纤维中C元素含量由于N元素被催化脱除而提高的更快;元素铁催化脱氮减少了碳纤维结构重排中的能耗,从而有利于碳纤维中的乱层结构碳向石墨结构碳的转变;同时,元素铁促进石墨片层基面宽度（L_a）增长;由于N元素沿纤维径向地逸出,元素铁催化脱氮产生的气胀作用力阻碍石墨片层的堆叠,因此铁对石墨片层层间距（d₀₀₂）几无影响,层间距的发展主要体现温度效应。     

高纯度PAN基碳纤维及其原丝的研制

对用几种方法制取的高纯度PAN原丝进行了分析对比,选取了以无碱金属引发体系的HNO_3溶液聚合工艺制得原液并纺制了碱金属及碱土金属总含量小于100ppm的高纯级PAN原丝。将其与其余三种一般纯度的PAN纤维以同样氧化、碳化工艺制得了碳纤维,并以密度、质量比电阻、X—光衍射、扫描电子显微镜、热分析及原子吸收光谱等方法研究了高纯碳丝及原丝的特点。     

聚丙烯腈（PAN）原丝在预氧化过程中的热机械行为— …

运用自制热机械模试装置对几种商业用ＰＡＮ原丝在预氧化过程中的热机械行为进行了测定,从收缩应力变化结果发现,其应力变化曲线均存在两个特征峰,即在物理变化区和化学变化区内的收缩应力峰。物理收缩应力峰大小与原丝的加工热历史密切相关。对两种不同热历史的ＰＡＮ纤维进行了连续预氧化及碳化实验,对比了所制得碳纤维的性能,从而通过对ＰＡＮ纤维的机械行为测定来 下原丝的质量优劣     

预氧结构对聚丙烯腈基碳纤维致密结构的影响

利用TG,Raman,EA,XRD,NMR等分析手段,研究了预氧纤维在碳化过程中的结构转变。研究结果表明：碳纤维体密度随预氧纤维体密度的升高呈下降趋势;预氧纤维中的含氧量会影响碳纤维的致密结构,氧元素的脱除影响碳纤维非晶区结构的交缠程度进而影响碳纤维体密度,碳纤维体密度随预氧纤维的含氧量增加而降低。通过碳纤维致密结构与预氧纤维结构的相关性分析,初步建立了两者之间的关联关系。     

碳纤维用PAN原丝的结构与性能

采用以二甲基亚砜（DMSO）为溶剂的连续溶液聚合和一步湿法纺丝技术，在10t／a中试实验装置上成功地制备了碳纤维用聚丙烯腈（PAN）原丝批量产品。通过不断地优化聚合和纺丝工艺条件，实现了PAN原丝的中试稳定化。实验结果表明，采用连续溶液聚合技术在实现单体高度转化的同时获得了高分子量的PAN共聚物，通过调整凝固成型工艺条件和牵伸配比制备了具有圆形截面且结构致密的高取向度PAN原丝。将批量PAN原丝产品进行预氧化、低温碳化和高温碳化后．获得PAN基碳纤维，其束丝强度、模量和断裂伸长率的平均值分别达到3．74GPa，223GPa和1．7％。     

热氧化处理聚苯硫醚结构的FTIR研究

本文对淬火、退火和热氧化处理PPS的红外光谱及其与结构的关系进行了研究。发现了表征熔体和固相热氧化处理PPS的特征谱带。实验结果表明,PPS在熔体热氧化处理中发生热氧化交联反应,具有网络结构;在固相热氧化处理中结晶度增大,具有线型结构。     

PAN基共混预氧化中空纤维膜的研究

通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)与聚丙烯腈(PAN)共混纺制了中空纤维膜，并对该中空纤维膜进行了预氧化处理，分别对共混膜的水通量、预氧膜的表面形态、膜的热行为等进行了分析和讨论。结果表明：PMMA的加入有利于共混膜水通量的提高，PI的加入有利于共混膜在预氧化过程中保持空洞结构，同时提高了PAN中空纤维膜的热稳定性。这为制备分离性能优良的PAN基预氧化中空纤维膜提供了一种新方法。     

碳化温度对聚丙烯腈基碳纤维结构与性能的影响

利用近代测试技术对聚丙烯腈基预氧丝在不同温度下碳化时其结构与性能的变化作了探讨,得出了一些规律。     

聚丙烯腈(PAN)原丝在预氧化过程中的热机械行为--收缩应力变化的研究

运用自制热机械模试装置对几种商业用ＰＡＮ原丝在预氧化过程中的热机械行为进行了测定,从收缩应力变化结果发现,其应力变化曲线均存在两个特征峰,即在物理变化区（２００℃以下）和化学变化区（２００℃以上）内的收缩应力峰。物理收缩应力峰大小与原丝的加工热历史密切相关。对两种不同热历史的ＰＡＮ纤维进行了连续预氧化及碳化实验,对比了所制得碳纤维的性能,从而通过对ＰＡＮ纤维的热机械行为测定来评定原丝的质量优劣     

预炭化温度对聚丙烯腈基活性碳纤维结构与力学性能影响初探

采用连续化碳纤维实验装置制备活性碳纤维,借助广角X射线衍射(WAXD)、元素分析(EA)、比表面积(BET)、力学性能及碘吸附等表征测试手段研究了预炭化温度对聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACFs)结构与力学性能的影响。结果表明:PAN-ACFs的N元素质量分数、孔结构、晶粒尺寸是影响PAN-ACFs力学性能的重要因素,且随着预炭化温度的升高均呈现先减小后增大的趋势;当预炭化温度为680℃时,所制备的PAN-ACFs吸附性能较好,力学性能较佳,此时晶粒尺寸La为1.08nm,N元素质量分数5.7%,平均孔径0.81nm。     

预炭化过程中升温速率对碳纤维结构与性能的影响

借助13C核磁共振波谱（13C-NMR）,X射线衍射（XRD）,拉曼光谱（Raman）等表征手段,研究了预炭化过程中聚丙烯腈基热氧稳定化纤维的热化学反应以及微观结构的变化,且重点研究了预炭化过程（400~800 ℃）升温速率对纤维热应力、结构、力学性能的影响。结果表明：随着预炭化升温速率的提高,纤维类石墨层间距 d₀₀₂ 呈现出先减小后增大,晶区堆叠厚度 L_c 呈现出先增大后减小的的趋势;与之相对应的纤维拉伸强度和拉伸模量则呈现出先增大后减小的变化;当升温速率达到132 ℃/min时, d₀₀₂ 和 L_c 分别出现最小值和最大值,此时所得碳纤维的力学性能最高。     

PAN大分子预氧化结构形成及演变机理

将聚丙烯腈（PAN）纤维在空气气氛中于130～190 ℃范围内进行热处理,通过傅里叶红外光谱（FT-IR）、凝胶渗透色谱（GPC）和元素分析（EA）等方法研究了PAN纤维预氧化初期的结构演变。结果表明：PAN大分子链中的羧酸共聚组分在130 ℃左右时引发分子内环化和分子间交联反应,生成酯羰基结构;随着热处理温度升高,PAN大分子进一步发生环化和脱氢反应,生成—C＝N—C＝N—共轭结构和—C＝C—C＝C—共轭结构;当温度高于190 ℃时,PAN大分子开始发生剧烈的环化脱氢反应,生成不饱和芳环结构。     

碳纤维表面氧化的研究

采用浓硝酸作为氧化剂氧化碳纤维,研究碳纤维表面含氧基因（包括羧基,羟基和酸性基团）与氧化时间和氧化温度的关系,并用扫描电镜和傅立叶红外光谱对碳纤维的表面含氧基团进行表征,结果发现,随着氧化时间的延长和氧化温度的升高,碳纤维表面的含氧基团均增加,当用热空气氧化时,碳纤维表面的酸性基团随温度的升高有所增加,但温度超过３５０℃时,碳纤维表面的羧基反应减少。