两种聚丙烯腈原丝结构与性能的对比研究
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
Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：ｌ ｉ ｕ ｊ ＠ ｍａ ｉ ｌ ． ｂ ｕ ｃ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
类 型 由 自由基 型转 变为 离 子型 。这 有效 缓解 了 自由 基 反应 带来 的剧 烈 放 热 现 象 ， 从 而避 免 了结 构 缺 陷 的产生 。另 一 方面 ， 有 研 究 指 出共 聚 单 体 衣 康 酸 的增多 不利 于 Ａ Ｎ转 化 率 的提 高 ， 而 柔 性 共 聚 组 分 如 丙烯 酸 甲酯 的引 入也 不利 于最 终碳 纤 维取 向度 的
中图分类号 ： Ｔ Ｑ ３ ４ ２
引 言
制 取高 性 能 的 聚 丙 烯 腈 （ Ｐ Ａ Ｎ） 基 碳 纤 维 需 要
结 构完 善 的 Ｐ Ａ Ｎ原 丝 。纺 丝 液 中共 聚 物 的组 成
本 文选 用二 元 、 三 元共 聚 Ｐ Ａ Ｎ纤 维进 行 对 比实
验， 通 过调节 预 氧化 阶段 的 温度 梯 度 获 得不 同预 氧
对 Ｐ Ａ Ｎ用共 聚组 分 进 行 了研 究 。一 些 研 究 旧 发
现 共 聚单体 如 衣 康 酸 （ Ｉ Ａ） 、 丙 烯 酸 甲酯 （ ＭＡ） 等 的
引人不 仅 可 以增加 Ｐ Ａ Ｎ分子 链 段 的活 动性 ， 而且 作
１ 实 验 部 分
１ ． １ 原 料 及 设 备
为 环化 反应 的引发 活 性 点 ， 能够 使 氰 基 间环 化 反 应
进 一 步提 高 。考虑 到炭 化 阶段 杂原 子 的裂解 脱 除反
聚丙烯腈纤维的预氧化及性能研究
聚丙烯腈纤维的预氧化及性能研究王永【摘要】According to long pre-oxidation time and high cost of pre-oxidation equipment at home and abroad,a new type of pre-oxidation equipment was designed,and its construction and pre-oxidation principle was introduced.The pre-oxidation process of PAN fiber was described systematically and the relevant process parameters were obtained.The fineness,strength,elongation and fire-re-tardant performance of the fiber were tested.The feasibility of new pre-oxidation equipment was proven.Suggestions on the optimiza-tion of the equipment were presented through data analysis.According to the results of the relevant performance testing and the relat-ed literature analysis,the reasons and influencing factors of the performance change of pre-oxidized fiber were obtained.These studies played a positive role in the research and application of new pre-oxidation equipment.%针对国内外预氧化设备的预氧化时间过长、成本过高等缺点,设计了一种新型预氧化设备,并介绍了其构造及预氧化原理.对聚丙烯腈(PNA)纤维的预氧化过程进行了系统的描述,得到了相关工艺参数,并且对预氧化后的纤维进行细度、强力、伸长及阻燃等性能的测试,确定了新型预氧化设备的可行性.通过数据分析对此设备的一些优化提出了修改意见,并且根据性能测试的结果和相关文献对预氧丝进行分析,得出变化的原因和影响因素等,对新型的预氧化设备的研究和应用起到积极的作用.【期刊名称】《纺织科技进展》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】3页(P19-21)【关键词】聚丙烯腈纤维;预氧化;性能测试【作者】王永【作者单位】宿迁市纤维检验所,江苏宿迁223800【正文语种】中文【中图分类】TS102.52关于PAN纤维预氧化的研究,起始于20世纪50、60年代。
提高聚丙烯腈基碳纤维原丝质量的研究进展
提高聚丙烯腈基碳纤维原丝质量的研究进展马向军，张裕卿（天津大学化工学院，天津３０００７２）聚丙烯腈（ＰＡＮ）基碳纤维是２０世纪６０年代迅速发展起来的新型材料，既具有碳材料的固有本性，又具有纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料。
因其具有质量轻、强度高、模量高、耐高温、耐腐蚀、耐磨、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、热膨胀系数小等优异性能，被广泛应用于卫星、运载火箭、战术导弹、飞机、宇宙飞船等尖端领域，已成为航天航空工业中不可缺少的材料，而且广泛应用于民用领域，如体育器材、建筑材料、医疗器械、运输车辆、机械工业等。
高性能碳纤维原丝是生产高性能碳纤维的前提。
我国研制碳纤维已有３０多年历史，至今未能产业化的关键因素之一就是国产碳纤维原丝的质量没有真正过关。
国内学者指出聚丙烯腈原丝是制约我国碳纤维工业化生产的“瓶颈”之处，攻坚已是当务之急。
这既有技术方面的原因，也有设备方面的原因，还有管理、决策等多方面的原因。
１主要的ＰＡＮ基碳纤维公司原丝工艺路线及质量状况在碳纤维的研究与生产上，日本和美国一直走在世界的前列［１，２］。
日本在宇航级小丝束（ＳＴ）碳纤维生产上占绝对优势。
宇航级小丝束碳纤维占其总生产能力的３／４，工业级大丝束（ＬＴ）碳纤维约占１／４。
从小丝束碳纤维来看：日本东丽（Ｔｏｒａｙ）和东邦（Ｔｏｈｏ）的碳纤维生产能力占世界的首位和第二位，三菱人造丝（ＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉＲａｙｏｎＣｏ．）占第三位；另外还有美国的赫克塞尔（Ｈｅｘｃｅｌ），英国石油－阿莫科公司（ＢＰ－Ａｍｏｃｏ）及中国台湾省的台塑公司。
工业级大丝束（ＬＴ）碳纤维生产商主要有美国的阿克苏－福塔菲尔公司（ＡＫＺＯ－Ｆｏｒｔａｆｉｌ）、卓尔泰克（Ｚｏｌｔｅｋ）、阿尔迪拉（Ａｌｄｉｌａ）及德国的爱斯奇爱尔（ＳＧＬ）公司。
２００４年日本东丽公司小丝束碳纤维生产能力达９１００ｔ／ａ，东邦人造丝公司５７００ｔ／ａ，三菱人造丝公司４７００ｔ／ａ。
日本这三家公司碳纤维的生产销售额占全球碳纤维市场的７５％左右。
聚丙烯腈碳纤维原丝聚合及凝固成形的研究进展
Ｒｅｎｄｅ ［１９］ 等 人 建 立 了 一 个 新 的 物 理 化 学 模 型 来描 述 ＰＡＮ 湿 纺 中 的 双 扩 散 现 象 ， 提 出 双 扩 散 是 系统克服热力学和动力学， 达到溶胶－ 凝胶转换的 过 程 。通 过 Ｆｉｃｋ 第 一 定 律 ， 理 论 得 出 了 凝 固 时 间 的计算式， 得出凝固时间 ｔｃ 与凝固边界 ρ的平方成 正比， 与 Ｐａｕｌ 提出的边界模型相类似。
凝固浴温度对初生纤维结构和性能也有明显
影 响 。 张 冠 等 ［２４］ 的 研 究 表 明 ， 凝 固 浴 浓 度 为 ７０ ％， 随 着 凝 固 浴 温 度 的 升 高 ， 纤 维 截 面 由 椭 圆 形 或 腰 子 形 逐 渐 变 为 圆 形 ； 当 温 度 超 过 ３５ ℃时 ， 截面接近圆形， 并且引入异形度的概念， 以量的形 式研究了凝固浴温度对初生纤维截面形状的影响。
凝固条件对扩散的影响主要是对扩散系数及 扩散速率的影响， 而扩散系数和扩散速度又受多个 因素的影响， 其中最主要的因素为凝固浴浓度、凝 固浴温度、拉伸比、纺丝原液固含量等。初生纤维 在离开凝固浴时截面形状已基本成形并固定， 任何 非圆形截面的原丝在预氧化时都会产生应力和放热 集中现象， 影响最终碳纤维的性能， 因此对初生纤 维凝固成形的研究尤为重要， 在这方面， 国内外已 做过大量的研究 ， ［２０－ ３５］ 下面是一些研究结果。 ２．２．１ 凝固浴浓度
双扩散是指由于热扩散和物质扩散的双重扩 散所引起的流体对流运动。当流体中由于温度梯度 而引起的密度梯度和由于浓度梯度而产生的密度梯 度方向相反时， 就将产生双扩散对流。因此， 凝固 浴浓度是双扩散的一个重要因素。
２ 合成纤维 Ｓ ＦＣ ２００８ Ｎｏ．２
专题综述
Ｃｏ ｍ ｐ ｒｅ ｈ ｅ ｎ ｓ ｉｖｅ Ｒｅ ｖｉｅ ｗ
聚丙烯腈的结构简式-概述说明以及解释
聚丙烯腈的结构简式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述聚丙烯腈是一种重要的合成纤维材料，也是丙烯腈单体聚合得到的聚合物。
它具有优异的物理性质和化学性质，广泛应用于纺织、化工等领域。
聚丙烯腈的化学结构中含有酰胺基团，使得其具有良好的强度、耐久性、抗静电性和抗皱性等特点。
此外，聚丙烯腈还可以通过进一步的化学反应和处理获得其他功能性纤维，如碳纤维，增加了其应用的多样性。
本文将对聚丙烯腈的化学结构、物理性质以及应用领域进行详细介绍，并展望其未来可能的发展方向。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将以聚丙烯腈（Polyacrylonitrile，简称PAN）为研究对象，探讨它的结构简式、物理性质及应用领域。
具体而言，文章将分为三个主要部分。
第一部分为引言部分，包括概述、文章结构和目的三个小节。
在概述中，将简单介绍聚丙烯腈的基本情况，以及其在化学和材料领域的重要性。
文章结构一节将解释整篇文章的组织框架，说明各部分的主要内容。
目的一节将明确本文的主要研究目标和意义。
第二部分为正文部分，主要包括聚丙烯腈的化学结构、物理性质及应用领域三个小节。
在聚丙烯腈的化学结构一节中，将详细介绍聚丙烯腈的分子结构、化学键以及聚合方式。
聚丙烯腈的物理性质一节将涵盖其热力学性质、力学性能、光学性质等方面的内容。
在聚丙烯腈的应用领域一节中，将探讨聚丙烯腈在纺织、医药、电子等领域的广泛应用和发展前景。
第三部分为结论部分，将主要包括总结聚丙烯腈的结构简式、对聚丙烯腈的未来发展进行展望以及结束语。
总结聚丙烯腈的结构简式一节将回顾本文中所提及的聚丙烯腈的化学结构，并概括其主要特点。
对聚丙烯腈的未来发展进行展望一节将探讨聚丙烯腈在新材料、新技术等方向的发展前景，并提出相关建议和展望。
最后，结束语将对本文的研究进行总结，并提出对读者的期望。
通过以上结构的安排，本文将全面介绍聚丙烯腈的结构简式、物理性质及其应用领域，为读者提供一份关于聚丙烯腈的综合性参考文献。
碳纤维用聚丙烯腈制备及其结构、性能
65.9
5. 引发剂种类对聚合影响
样品 引发剂 1 引发剂 2 引发剂 2
转化率 (%) 12 h 76.9 84.8 89.6
粘均分子量 (× 104) / 19.8 22.0
旋转粘度 （Pa.S） / 49 145
GPC Mn 32578 29201 33674 Mw 64723 55412 57118 Mw/Mn 1.99 1.90 1.70
PAN-NVP
50
100
150
200
o
250
300
350
Temperature C
不同聚丙烯腈共聚物的放热峰
8.TGA分析
不同共聚单体总含量的聚丙烯腈在N2中的TGA曲线及其微分曲线
不同共聚单体总含量的聚丙烯腈在空气中的TGA曲线及其微分曲线
9.聚丙烯腈在管式反应器共聚的研究
聚丙烯腈在6米管式反应器共聚的原液性能
Mw/ Mn ≤ 2.8
1. 共聚单体种类对聚合速率的影响
PAN共聚物 PAN-DMI PAN-MBI 聚合时间 （小时） 24 48 转化率 (%) 55.0 81.1 粘均分子量 (×104) 21.4 Mn (×104) 3.3 2.4 Mw (×104) 7.3 6.5 Mw/Mn 2.2 2.7
6.共聚单体含量对等规度的影响
等规度 ≥ 26％
聚丙烯腈的13C－NMR谱图
共聚单体总含量对聚丙烯腈等规度的影响 共聚单体 含量(wt%) 2.5 4.3 5.9
13C-NMR谱
图
等规度(%)
26.0
26.1
29.8
7.共聚单体种类对DSC放热峰的影响
PAN-AM PAN-DMI-IA PAN-DMI
聚丙烯腈原丝结构与性能的研究
聚丙烯腈原丝结构与性能的研究
张旺玺;彭洪修
【期刊名称】《合成技术及应用》
【年(卷),期】2000(015)003
【摘要】采用日本聚丙烯腈原丝及国产聚丙烯腈原丝，通过纤维强度、伸长率、
线密度、纤维相对分子质量和溶液性能等常规分析，以及ＤＳＣ、ＴＧ、ＩＲ分析，Ｃ、Ｎ、Ｈ元素分析，Ｘ射线和扫描电镜分析，找出日本原丝与为产原丝在强伸度、分子质量、地元素含量、结晶度及其表面形貌等结构与性能的差别，从而为深入了解其结构与性能的关系和进一步提高我国原丝的质量提供依据。
研究结果表明：日本原丝较之国产原丝具有较高的断裂强度、较低的断
【总页数】4页(P5-8)
【作者】张旺玺;彭洪修
【作者单位】山东大学;山东大学
【正文语种】中文
【中图分类】TQ342.31
【相关文献】
1.聚丙烯腈原丝中毛丝的结构与性能研究 [J], 欧阳琴;陈友汜;王雪飞;王微霞;皇静;李德宏
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3.聚丙烯腈原丝取向结构和力学性能研究 [J], 徐强;吴丝竹;徐梁华;曹维宇;吴刚
4.AMPS氨化对四元聚丙烯腈原丝结构和性能的影响 [J], 赵晓莉;齐暑华;刘建军;
韩笑
5.聚丙烯腈原丝氧化过程中结构与性能变化规律研究 [J], 樊淑芳
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聚丙烯腈基碳纤维原丝
!
概述
碳纤维是高性能纤维。 由于比重轻、 强度
产， 制成的碳纤维结构上缺陷少， 强度和模量 高。高性能碳纤维仍使用聚丙烯腈基原丝。 纤维素纤维烧成碳纤维得率低，现已很 少在工业上应用。 仅在火箭烧蚀衬、 电磁辐射 屏蔽材料、 电热纸、 活性炭纤维、 口服解酒药、 创口愈合贴膏等方面有一定的用量。在纤维 素纤维中仅工业粘胶长丝用作碳纤维原丝。 沥青作为原料的优点是碳纤维得率高， 稳定化过程的时间短。 不过， 制取中介相沥青 的纯化技术还有待改进，因此十余年来发展 滞后。 沥青基碳纤维成本低， 可以短切后制作 增强塑料、 摩擦材料及水泥增强纤维。 本文集中讨论聚丙烯腈原丝的制作及其 影响参数。
其他公司如日本东丽公司使用 &’ / -& 二元共聚物原丝， 其相对含量有： &’ / -& 45 / !，44 / $， 44# * / "# * 等不同比例。 国内的科研及生产单位大多使用 &’ / 个别单 .& ( 丙烯酸甲酯 ) / -& 三元共聚原丝， 亦有使用聚酰亚 位使用 &’ / -& 二元共聚物， 胺共混体的。 东丽公司在原丝纺丝时于含聚丙烯腈的 二甲基亚砜 ( 9.:; ) 溶液中掺入共混组份如 聚醋酸乙烯、 醋酯纤维素、 聚乙烯醇或聚乙烯 醇缩醛等。以此原丝烧成碳纤维过程中能抑 制石墨晶体的成长，以改善高模量碳纤维的 压缩强度 0 * < 8 2 。 实例： 纺丝原液为含 1+ 醋酯纤维素 ( 醋酯化 度 *7+ ) 和 $8+ 聚丙烯腈 ( -&$+ ， &’44+ ) 的 9.:; 溶液。 减压脱泡 7 小时后， 原液经孔 干喷湿法 径 !"# $"== 7 """ 孔喷丝帽挤出， 纺丝。空气隙长 *==， 于含 9.:; 7"+ 的水 溶液中凝固成丝。 水洗后， 丝束经三段拉伸浴 拉伸 7 倍， 上硅油后在 $7" < $6"> 热辊上致 密化， 然后在蒸汽中位伸 1 倍。 原丝单丝纤度 丝束总纤度 7 7"" 分特。原丝束在 $# $ 分特， !1" < !5"> 空 气 中 加 热 稳 定化 ， 制 成 比 重 在氮气中 $ 6""> 碳化， 在 $# 76 的预氧化丝， 制成纤维性能列于表 ! 8""> 氮气中石墨化。 可见共混组份有改善高模量碳纤维的压缩 !。 强度的作用。 此外， 调整原丝的化学组成， 可以改善原 丝的致密性，从而优化碳纤维的抗张模量和 强度 0 6 2 。 !# ! 分子量和空间规整性 湿法纺制原丝， 其聚合物分子量控制在 更高分子量的聚合物宜用干喷湿法 6 < $$万； 纺丝。 有的公司探索高分子量聚合物纺制高 希望制 取优质 高性能 碳纤 强度 %&’ 原 丝， 维。 工业上制取高分子量聚丙烯腈有一定困 难。日本 ?@ABC 公司探索用水相悬浮聚合反 应，选用油溶性引发剂和加入水溶性聚合物 可以制得分子量 1" 万以上 聚乙烯醇 ( %D& ) ，