用XRD研究高等规聚丙烯腈环化反应的反应度

制备了不同三单元等规含量的聚丙烯腈(PAN),在空气气氛下模拟了预氧化过程,考察了温度、时间等条件对PAN环化反应的影响。用X-射线衍射仪(XRD)测定了预氧化物的XRD谱图,对XRD图谱进行分峰计算,求得2θ=16.5°处峰的面积和腈基的反应度。结果表明,随着预氧化环化温度或时间的增加,PAN中CN基团反应度逐渐增加,如反应温度在250℃和300℃的条件下分别预氧化10min,三单元等规度为0.64和0.25的PAN中CN的反应度分别从0.38增加到0.91和从0.21增加到0.71。在相同的预氧化温度或时间的条件下,高等规度PAN分子中CN的反应度总是比低等规PAN的高,最大差值达0.35,且这种差别随温度的增加逐渐减小。     

PAN纤维径向结构及其表征方法的研究

以湿法纺丝制备的聚丙烯腈（PAN）纤维为研究对象,将纤维在二甲基亚砜（DMSO）水溶液中进行溶解,通过其溶解特征探讨了纤维的溶解机理,进而对纤维的径向结构进行分析表征,并结合红外测试分析了其径向结构对预氧化进程的影响。结果表明：PAN纤维的溶解机理为自内向外进行;通过纤维的溶解特征可分析出纤维径向结构,且与红外测试所得结论相同;凝固浴温度在45℃时与25℃相比,所得纤维径向上皮层及芯层更致密,过渡区域更疏松;预氧化进程初期,氧气更易在致密程度更低更疏松的纤维径向上发生扩散。     

不同石墨化程度碳纤维表面电化学氧化特征研究

对不同石墨化程度的碳纤维进行表面电化学氧化处理,利用XPS、Raman和XRD研究了其表面氧化的特征和规律性以及碳纤维表面结构变化对碳纤维电化学氧化行为的影响,利用层间剪切测试（ILSS）分析了不同石墨化程度碳纤维复合材料的界面性能。结果表明：碳纤维经电化学氧化后,表面O、C原子个数比有增大的趋势,随碳纤维石墨化程度的提高,其增大的幅度越来越小;相同电流密度下,随石墨化程度的提高,碳纤维表面对电化学氧化的反应性减弱;不同石墨化程度的碳纤维经电化学氧化后,表面化学官能团以及ILSS的变化趋势均不同。不同石墨化程度碳纤维表面碳结构状态的不同是造成这些变化的根本原因。     

PAN纤维致密性与油剂渗透的相关性研究

通过调整成纤条件改变PAN纤维的致密程度,经后续的上油工序制得含有油剂的PAN纤维。采用体密度表征纤维的致密程度;借助直流电弧原子发射光谱(DC-Arc-AES)和电子探针(EPMA)分别表征Si原子含量及其微区分布;借助孔分析和粒度分析分别表征PAN纤维中的孔径分布和油剂分子的粒径。结果表明,油剂分子的平均粒径小于纤维的平均孔径,通过范德华力作用吸附于纤维表面,并从纤维表面的开孔渗透进入纤维内部,到达纤维的芯部。凝固浴温度升高,纤维的致密性下降,渗透进入纤维内部的油剂分子数量增加。凝固浴浓度上升、预牵伸倍数提高,纤维的致密性增加,渗透进入纤维内部的油剂分子数量减少。     

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。     

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。     

聚丙烯腈溶液凝固体系中组分间相互作用及其演变

采用衰减全反射傅里叶变换红外（ATR FT-IR）研究了聚丙烯腈（PAN）/二甲基亚砜（DMSO）溶液在乙二醇作用下的凝固过程,利用二维相关分析方法对得到的红外谱图进行再处理,解析出相关峰之间的相互关系;进而从分子尺度上通过对特定基团的分析,研究了组分间相互作用及其演变规律,揭示了PAN溶液的凝固过程。结果表明,溶剂DMSO在PAN溶液中以单分子和聚集体的形式共存,对—CN形成一定的束缚隔离作用;随着凝固剂乙二醇分子的进入,由于DMSO和乙二醇之间较强的相互作用导致其逐渐从聚合物分子链间排出,DMSO分子团对—CN的束缚隔离作用被减弱;同时,PAN分子链间距缩小,当某一区域的DMSO减少到一定程度,PAN分子链由于—CN之间偶合交联作用相互靠近排列而发生宏观上的凝固现象。     

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。