PAN過程纖維的制備與樣品預(yù)處理

1、PAN過程纖維的制備與樣品預(yù)處理丙烯購(Acrjlonjtrile).分析純，天津市化學試劑研究所丙烯酸甲能(Methylacrylate).分析純，遼寧盤錦化工廠衣康酸(Itoconicacid),分析純百靈威科技有限公司偶氮二異丁JSC2,2'-Azobisasobutyroniirile)t分析純.阿拉丁試劑(匕海有限仝司汕N-二甲基乙酰胺(NN-Diinethylacetaniide).分析純天津市光復(fù)精細化工研究所環(huán)氧樹脂(SPI-Pon812L美國SIGMAALDRICH公司澡化鉀KBC”光譜純，天津市風船化學試劑科技有限公司無水乙醇北京化工廠去離子水，實驗室自制.紡絲用聚

2、丙烯詰粉體的制備方海USMffi(AN)為第一單體.丙烯酸甲酯MA)為第二單體，衣廡俶(1A)為第三單體偶氮二界丁脯(AIBN)為引發(fā)劑，進行水相懸浮三元共聚合方法生產(chǎn)聚丙烯脯(PAN)p71o聚合反應(yīng)是在介自制的反應(yīng)釜中進行的，先在釜中加入一定量的去離子水，升溫達到所設(shè)定的反應(yīng)溫度601?通入一段時間氮氣使恒溫，逐滴加入AN、MA4HIA然后加入引發(fā)劑AIBN進彳亍聚合反甌待反應(yīng)一段時間肓加入蔥眼使聚合反應(yīng)終止，將所得的沉淀物取出，用去離子水務(wù)次過濾然后在60乜下干燥得PAN聚合物粉休珈現(xiàn)將烘干石的PAN聚合物溶解到甲基乙酷胺(DMAC)中形成聚合物溶液，所得聚合物溶液經(jīng)脫單體、脫氣泡，控制

3、聚合反應(yīng)的溫度、時間及轉(zhuǎn)化率，使網(wǎng)含量達到20wt%采用濕法紡絲技術(shù)，經(jīng)過凝固浴過程(負牽伸，T=65V).水洗牽伸過程(牽伸26倍，T=80V)沸水牽忡牽忡2.4倍.T=95C)等匸藝制得聚丙烯睛基碳纖維原絲。在上述工藝中，采集工藝過程關(guān)錐節(jié)點提取試樣，包括聚合物粉體(FT)s聚合物溶液RY人初生纖維(NGY).水洗牽呻纖維(SX)、沸水牽伸纖維(卜£八原絲成品纖維(亡卩)作為測試樣品*使用寧波新芝生物科技股份有阪公司生產(chǎn)的SCIENTZa2N型冷凍干燥機.將采集含水的和不含水的PAN過程纖維預(yù)先用去離子水浸泡24小時，為了使纖維內(nèi)的徹孔全部被水充滿.然后將浸泡過的PAN纖維在室溫

4、下陰干12小時以除去PAN纖維表面附著的水，然后將樣品放入冷凍干燥機進行冷硃干燥處理.冷凍溫度-364Lt冷凍干燥箔小時.進行冷凍干燥忙理的目的是除去纖維中的洛劑和水.這樣的操作的另一個目的是確保PAN纖維在脫水過程中微孔形狀體積不發(fā)生變化，這樣所測得的小角X射線散射數(shù)拯才是可靠的。2.3測試儀器、制樣方法及數(shù)據(jù)處理紅外光譜法使用德國布魯克IFS-66V/S型紅外光譜儀，分析波數(shù)范圍：4007000cm"。將預(yù)先干燥的粉末樣品(干燥的PAN過程纖維樣品預(yù)先剪成碎末)及澡化鉀(KBr)以1:10()的比例在瑪瑙研缽中混合均勻，研磨，PAN過程纖維樣品一定要保證纖維研磨粉碎，保證其均勻混

5、在淚化鉀中，將混合粉末用壓片機壓成薄片，將樣品放入IFS-66V/S型紅外光譜儀中，待真空穩(wěn)定后對聚合物粉末及PAN過程纖維進行測試。小角X射線散射分析使用奧地利安東帕公司小角X射線散射儀，型號為SAXSessme2,功率3kW,Cu靶，管壓：40kV,管流：50mA。曝光時間：1800s。掃描范圍：0.05。10。，分別進行子午掃描和赤道掃描。將冷凍干燥后的待測PAN纖維樣品纏繞在儀器自帶樣品架上，保證PAN纖維絲束平行、厚度均勻。將做好的樣品放入小角X射線散射儀樣品臺中，調(diào)整纖維軸沿水平方向放置，打開真空開關(guān)，待真空度符合要求時開始測試，測試完成后將樣品旋轉(zhuǎn)90度，相同條件下測試一次赤道掃

6、描。根據(jù)小角X射線散射(SAXS)理論，基于散射數(shù)據(jù)的分析，可以解析散射體的結(jié)構(gòu)，如比表面、孔徑分布、平均孔徑、分形維數(shù)、界面層厚度等陰。Frankuche把實驗曲線進行逐級切線分解，求出各級的斜率及截距，從血町求得每一級別粒于(或微孔)的大小和分布網(wǎng)。基于子午掃描曲線的表達方式：(2-1)(2-2)厶二工昭訶exp卜尹汐應(yīng)用逐級切線法獲得微孔長度的系列值，5,C2,5,基于赤道掃描曲線的表達式：人=EL加甘ex彳-尹和2)應(yīng)用逐級切線法獲得微孔長度的系列值，aha2,缶,.,an;式(2-1)、(2-2)中Ic(S)和Ia(S)分別為微孔子午小角散射強度與赤道小角散射強度；為散射矢量；I。為

7、與衍射條件相關(guān)的常數(shù)；m為第i種微孔的數(shù)量：V,為第i種微孔體積；岔為第i種微孔的直徑；5為碳纖維縱軸方向上微孔的長度切。使用日本電子JSM-5600型掃描電子顯微鏡(SEM),電壓：25kV；分辨率：5nm：放大倍數(shù)：1000倍10000倍。(1) 縱表面樣品的制備：取冷凍干燥后的PAN纖維樣品，剪取1cm左右纖維,用導電雙面膠將其固定于樣品座上。經(jīng)噴金處理后掃描電子顯微鏡下觀察。(2) 橫截面樣品的制備：將冷凍干燥后的PAN纖維用加入固化劑的環(huán)氧樹脂包埋，放入恒溫箱中，37'C固化12h,升溫至459固化12h,升溫至60C固化48h,固化完成后取出，放入液氮中低溫腕斷。將脆斷面噴

8、金后在掃捲電子顯微鏡下觀察。二維X射線衍射使用日本理學公可單晶衍射儀，型號為RigakuMicroMax-007HF,Cu靶，営壓:40kV,管流：30mA.曝光時間：10s(1) 將PAN膜用橡皮泥固定在樣品架上，保證PAN膜垂直，然后放入樣品臺中，調(diào)整樣品架的位逍，使得鏡頭可以清晰的看到樣品的位置，說明此時的位置為恰當位置，然后設(shè)定儀器參數(shù)，直接進行測試。(2) 將預(yù)先采集的溶液樣品滴入一個直徑3mm圓孔的塑料樣品架上，保證溶液恰好填滿圓孔，將圓孔封住，將塑料樣品架放入樣品臺保證X光束既可以透射過PAN聚合物溶液，又不會打到塑料架上為宜。調(diào)整樣品架的位置.使得鏡頭可以看到樣品的位置，設(shè)定儀

9、器參數(shù)，直接進行測試。(3) 將PAN過程纖維樣品均勻纏繞在自制的鋁樣品架上，厚度約3mm(含樣品架)，用橡皮泥固定保持纖維豎直，將樣品架放入儀器樣品臺，調(diào)整樣品架的位置,使鏡頭可以看清樣品的位置，設(shè)定儀器參數(shù)，直接進行測試。關(guān)于PAN纖維取向的研究，常用經(jīng)驗公式下式計算取向度(2-3)(2-3)180°-Fn=180*其中n為取向度，H為赤道上Debye壞(常用最強壞)的強度積分曲線的半高寬,用度表示W(wǎng)將測試所得的二維數(shù)據(jù)經(jīng)計算機軟件處理，積分所得的半爲寬帶入上式,求得毎個樣品的取向度。23.5廣角X射線衍射使用日木理學公司X射線粉末衍射儀.型號為D/MAX-2550,功率為18k

10、W,Cu靶，管壓50kV,管流200mA。掃描范圍：5。60。，步寬：0.02o分別進行子午掃描和赤道掃描。掃描速度：5°/min將PAN過程纖維均勻緘繞在自制的鋁樣品架，厚度約3mm(含樣品架人將樣品架放入儀器樣品臺上，采取透射的測試方法，設(shè)定儀器參數(shù)直接進行測試。PAN過程纖維的結(jié)晶度計算方法采用Hinrichcn呦蜂面枳法進行計算，公式如下c=*100%=*100%(2-4)AtAcAa其中C為結(jié)晶度；Ac為PAN纖維結(jié)晶峰的積分面積：Aa為PAN纖維非晶峰的面積;A為總的衍射峰面積。將測試所得原始數(shù)據(jù)用分峰軟件進行分峰處理，分別求得結(jié)品蜂積分面積和非晶峰積分面積，帶入上式求得結(jié)晶度。PAN過程纖維的晶粒尺寸計算方法采用Scherrer公式曲】進行計算，公式如下L=如0(2.5)式中L為晶粒尺寸(nm);入為入射X射線波長(0.15418nm)；0為衍射峰半高寬(積分寬度)：&為布拉格角(rad)；K：常數(shù)，取K=0.89°將測試所得數(shù)拯的最強衍射峰半高寬數(shù)值帶入上式，求得PAN過程纖維的晶粒尺寸。單絲力學性能測試實驗采用國產(chǎn)型號為