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PAN基碳纤维四大之最

日期:2014-08-15 16:37阅读次数:
  聚丙烯腈基(又称PAN基)碳纤维,是继粘胶基碳纤维后第二个开发成功的碳纤维。是目前各种碳纤维中产量最高、品种最多、发展最快、技术也最成熟的一种碳纤维。
 
3K红色碳纤维板
(图示:3K红色碳纤维板)
 
  聚丙烯腈纤维,在化纤中的商品名称为腈纶。是由丙烯腈单体聚合而成的一种合成纤维。含CN基非常活泼,加热时就形成梯形结构,比原来的结构稳定,所以不易熔化。若聚丙烯腈纤维加热时,非碳原子全部以NH3形式排出,则碳纤维的收率可达57%比粘胶纤维高,因此是比较理想的制造碳纤维的前驱纤维。
 
  制备PAN基碳纤维二个关键技术的突破,把聚丙烯腈纤维直接加热,在过80℃的转变阶段后,纤维发生收缩,聚合物分子链开始弯曲扭转。原来在纺丝时,由于拉伸而形成的聚丙烯睛分子链沿纤维轴高度定向的状态消失,所以碳化后不能获得有一定强度的碳纤维。
 
  二十世纪六十年初,日本大阪工业技术研究所的进藤昭男,发现将PAN纤维先在空气中缓慢加热,然而再碳化,就能制得拉伸模量为165GPa,收率为50%左右的碳纤维。使从聚丙烯腈制造碳纤维在技术上有了突破。
 
  当PAN纤维在空气中加热到220℃,并保持足够时间,空气中的氧,会在纤维之间形成氧键,将二个纤维分子链联在一起。由于各纤维分子的CN键处于空间的不同角度,所以只是若干纤维分子链(不是全部)会产生氧桥反应。理论计算PAN预级化后最高含氧量≯15%,一般为8-10%。正是由于氧链的架桥作用,使预氧化后的聚丙烯腈纤维成为立体交联结构,这种黑色的稳定结构,在碳化时制成碳纤维仍能保持原来的纤维形态。
 
  虽然进藤利用氧键将分子链交联,使纤维保护原来的纤维形状,制得了碳纤维,但PAN纤维在纺丝时进行高倍拉伸形成的呈高度定向状态的聚合物分子。在预氧化时,纤维分子的定向度还是下降,因此进藤当时制得的碳纤维强度虽然比那时的粘胶基碳纤维要高,但总的说来还不是很好。>>>延伸阅读:聚丙烯腈基碳纤维的制造方法

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