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【聚丙烯腈纤维】我们永远在品质奋斗路上

文章出处:聚丙烯腈纤维责任编辑:聚丙烯腈纤维人气:-发表时间:2018-05-05 20:00【

   将聚丙烯腈(PAN)原丝置于空气中在180℃~265℃温度范围内逐步预氧化,同时控制适当的牵伸比。利用广角X射线衍射(XRD)、定量傅里叶红外光谱(FR-IR)、差示扫描量热分析(DSC)和热失重分析(TG)手段考察了连续预氧化过程中纤维微晶结构、化学反应和热性能的变化。结果表明:

 (1)PAN纤维在空气中外力场作用下进行氧化稳定化,200℃之前环化反应缓慢进行;在200℃~230℃温度范围内,环化度呈线性迅速提高,反应加剧;230℃之后,环化反应减慢;

 (2)预氧化反应按序态进行,首先发生在无序的非晶区,逐步向有序区演变;一旦有序区发生反应,则反应剧烈;

 (3)在210℃之前,微晶尺寸增大,符合应力场结晶理论;210℃之后,晶粒尺寸迅速减小。

    聚丙烯腈纤维是20世纪 50 年代末期发展起来的一种新型结构和功能材料,具有高比强度、高比模量、耐高温和耐腐蚀等一系列优异性能,广泛应用于航空航天、国防军工以及民用工业领域中。

      在聚丙烯腈基炭纤维的制造过程中,预氧化处理是关键步骤之一,其结构转变在极大程度上决定着最终炭纤维的结构和性能。在此过程,氰基产生热环化作用,其间的强有力的静电偶合作用被消弱,形成耐热稳定的梯型结构,梯型分子间通过氧原子相互交联,韧性和力学性能降低,为炭化过程中大石墨层片结构的形成创造了有利的条件。由于预氧化过程是剧烈的结构转变时期,极易产生缺陷,会导致炭纤维力学性能的下降。因而,预氧化过程中的结构转变和控制对控制炭纤维的结构和性能极其重要。各国学者对PAN 纤维在预氧化过程中的结构变化进行了大量的研究,但是由于预氧化过程本身的复杂性以及预氧化纤维表征的困难,常常导致得出不同甚至相反的结论。

       图 1和图 2是原丝在空气和氮气中的DSC和TG 曲线。由图 1 可见,由氮气气氛变为空气气氛时,氧化的起峰温度和峰温降低,放热峰面积(即放热量)增加,表明在空气中氧化环化反应较易进行。由图 2可见,原丝在空气中的起始热失重温度低于氮气中的起始热失重温度,表明原丝在空气中开始氧化时反应活化能低,易于反应,从而释放分解产物。但是,在350℃范围内,在空气气氛中纤维热失重小于氮气中的热失重,表明了在空气气氛中深度氧化环化时,纤维形成了耐热的梯型结构,使得纤维热稳定性较高,而难于发生导致大量失重的裂解反应。同时由图1还看出,在空气气氛中大约在时,出现了一宽散的峰,而氮气气氛中却没有。这是由于氧化交联反应而引起的放热峰。

       图3是不同预氧化程度纤维的DSC曲线。主要考察热处理温度对预氧化反应的影响。由图可见,除173℃处理的纤维外,其他纤维的放热峰的峰面积随热处理温度的提高逐渐减小,即纤维的放热总量在逐渐降低,表明随着预氧化温度的升高,环化程度提高,预氧丝中的氰基含量减少,反应热降低。到215℃时,预氧丝的DSC峰面积明显减小,即放热量显著减少,表明纤维已发生了明显的预氧化环化反应。对原丝和 165℃热处理纤维,在热分析温度升到260℃左右,存在一个很小的放热峰,这可能是由于 PAN纤维中酸性(羧基)共聚组分引发环化造成。从 245℃和255℃热处理纤维的DSC曲线还可看出,在较低温度时,还存在一个较小的吸热峰,这可能是由于热分析仪在刚开始升温时气流不稳定引起的。


       聚丙烯腈纤维是一种抗裂强度高,分散效果好,混凝土掺量为每立方米0.5-1.0kg。应用领域有:桥梁工程、道路工程、水利港口工程、建筑工程、隧道地铁工程、机场工程等等。

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