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。     

聚丙烯腈纤维热稳定化反应动力学研究

采用“改进Coats-Redfern”法,通过差式扫描量热(DSC)研究了聚丙烯腈(PAN)纤维在惰性气氛中的热稳定化反应动力学,探索了PAN纤维在惰性气氛中的热稳定化反应机理。结果表明：在40~400℃范围内,PAN纤维在惰性气氛中的热稳定化反应总体上符合一级的反应级数模型,计算得到表观反应活化能E_a=177.1kJ/mol;进一步分区通过分区研究和计算,提出了“三区域反应动力学模型”,此模型的计算值与实验值相吻合,能很好地预测PAN纤维在不同升温速率时的热行为;初步提出了PAN纤维在惰性气氛中的热稳定化反应机理。     

纺丝溶液的挤出对聚丙烯腈初生纤维表面形态的影响

采用旋转流变仪并结合Tanner黏弹性流体挤出胀大方程研究了剪切对聚丙烯腈/二甲基亚砜(PAN/DMSO)溶液挤出胀大的影响,用原子力显微镜(AFM)研究了挤出速度对PAN初生纤维表面粗糙度的影响规律。结果表明：随着挤出速度的增大,体系的挤出胀大比逐渐增大,当挤出速度大于90m/h时,挤出胀大比的变化出现拐点,增大的趋势变缓;聚合物大分子链的回复是初生纤维表面形貌形成的主要原因,湿法纺丝过程中,挤出速度低于90m/h时初生纤维表面粗糙度随着挤出速度增加而减少,在较高挤出速度时,随着挤出速度增加而增加;干湿法纺丝初生纤维的表面粗糙度明显低于湿法纺丝,并且随挤出速度的增加而增大。     

力场效应在聚丙烯腈分子热分解环化初期的作用

采用X-射线衍射、声速仪和红外光谱研究了聚丙烯腈(PAN)纤维在分子热分解—环化演变初期张力的作用,结果表明：在PAN纤维氰基热分解环化初期,张力可以增加纤维中分子聚集态结构的有序化程度;有利于PAN纤维构型的转变和完善原丝原有结构,随张力的增大,PAN纤维的全取向度和结晶度也是增加的;另外,张力可以促进PAN纤维分子的热分解环化反应,尤其是分子内的环化反应,当牵伸达到4%以后可以使微晶尺寸变小,这对提高纤维强度是有利的。     

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。     

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。     

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。     

抗坏血酸－过氧化氢新型氧化还原引发体系

提出了一种新型无金属离子的氧化还原聚合引发体系─—抗坏血酸（ＡＳＡ）－过氧化氢（Ｈ２Ｏ２）体系，通过对丙烯腈水相沉淀聚合中体系酸度、氧化还原剂配比及氧含量等影响因素的实验与分析．研究了作为还原剂的ＡＳＡ存在的分子状态对聚合的影响及Ｈ＋在ＡＳＡ—Ｈ２Ｏ２反应过程的催化作用．由此推导了该氧化还原反应的机理，并通过实验和分析证明了该反应机理的合理性．