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PAN基碳纖維的製備

文章來源:admin    時間:2018-01-03

  聚丙烯腈碳纖維是以聚丙烯腈纖維為原料製成的碳纖維,主要作複合材料用增強體。無論均聚或共聚的聚丙烯腈纖維都能製備出碳纖維。為了製造出高性能碳纖維並提高生產率,工業上常采用共聚聚丙烯腈纖維為原料。對原料的要求是:雜質、缺陷少;細度均勻,並越細越好;強度高,毛絲少;纖維中鏈狀分子沿纖維軸取向度越高越好,通常大於80%;熱轉化性能好。[6]

  生產中製取聚丙烯腈纖維的過程是:先由丙烯腈和其他少量第二、第三單體(丙烯酸甲醋、甲叉丁二脂等)共聚生成共聚聚丙烯腈樹脂(分子量高於6到8萬),然後樹脂經溶劑(硫氰酸鈉、二甲基亞礬、硝酸和氯化鋅等)溶解,形成粘度適宜的紡絲液,經濕法、幹法或幹濕法進行紡絲,再經水洗、牽伸、幹燥和熱定型即製成聚丙烯腈纖維。若將聚丙烯腈纖維直接加熱易熔化,不能保持其原來的纖維狀態。製備碳纖維時,首先要將聚丙烯腈纖維放在空氣中或其他氧化性氣氛中進行低溫熱處理,即預氧化處理。預氧化處理是纖維碳化的預備階段。一般將纖維在空氣下加熱至約270℃,保溫0.5h到3h,聚丙烯腈纖維的顏色由白色逐漸變成黃色、棕色,最後形成黑色的預氧化纖維。是聚丙烯腈線性高分子受熱氧化後,發生氧化、熱解、交聯、環化等一係列化學反應形成耐熱梯型高分子的結果。再將預氧化纖維在氮氣中進行高溫處理1600℃的碳化處理,則纖維進一步產生交聯環化、芳構化及縮聚等反應,並脫除氫、氮、氧原子,最後形成二維碳環平麵網狀結構和層片粗糙平行的亂層石墨結構的碳纖維。

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