预氧化程度对聚丙烯腈预氧化纤维结构与性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.11.009

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (11): 53-56.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.11.009

预氧化程度对聚丙烯腈预氧化纤维结构与性能的影响

王俊, 葛媛(), 曹安然, 张守雷, 严泽同

吉林建筑大学材料科学与工程学院，长春 130118

收稿日期:2024-03-04 出版日期:2024-11-26 发布日期:2024-11-21
通讯作者: 葛媛（1989—），女，讲师，从事聚丙烯腈基碳纤维研究，geyuan@jlju.edu.cn
E-mail:geyuan@jlju.edu.cn
基金资助:
吉林省科技发展计划项目资助(YDZJ202301ZYTS282)

Effect of pre⁃oxidation degree on structure and properties of polyacrylonitrile thermal oxidative stabilized fiber

WANG Jun, GE Yuan(), CAO Anran, ZHANG Shoulei, YAN Zetong

School of Materials Science and Engineering，Jilin Jianzhu University，Changchun 130118，China

Received:2024-03-04 Online:2024-11-26 Published:2024-11-21
Contact: GE Yuan E-mail:geyuan@jlju.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

通过在空气气氛下恒定牵伸PAN纤维，制备具有不同预氧化程度的预氧化纤维（基于傅里叶变换红外光谱用相对环化率表征预氧化程度），探究预氧化程度对预氧化纤维的化学结构、晶体结构、微观结构和力学性能的影响。结果表明，预氧化程度高于54.7 %时，共轭羰基出现且含量逐渐增大；预氧化程度为83.2 %时，纤维形成新的漫散射峰和序态结构，纤维横截面具有明显的径向不均匀结构现象，断裂伸长率较小；预氧化程度约为72.0 %时，可以获得结构缺陷少，力学性能较为良好的预氧化纤维。

关键词: 聚丙烯腈, 预氧化程度, 皮芯结构, 力学性能

Abstract:

Thermal oxidative stabilized （TOS） fibers with different pre⁃oxidation degrees were prepared by using constant draft polyacrylonitrile （PAN） fibers under air atmosphere according to the pre⁃oxidation degree obtained from the relative cyclization rate determined by Fourier⁃transform infrared spectroscopy. The effect of pre⁃oxidation degree on the chemical and crystal structures， microstructure， and mechanical properties of the resultant TOS fibers were investigated. The results indicated that the conjugated carbonyl groups began to form at a pre⁃oxidation degree greater than 54.7 % and tended to increase gradually. The TOS fibers exhibited new diffuse peaks and ordered structures at a pre⁃oxidation degree of 83.2 %， and their cross section presented an obvious radial non⁃uniform structure， so⁃called “skin⁃core structure” along with a decrease in the elongation at break. Therefore， the TOS fibers obtained a cyclization degree of 72 %， thus resulting in fewer structural defects and better performance.

Key words: polyacrylonitrile, pre?oxidation degree, skin?core structure, mechanical property

中图分类号:

TQ325

王俊, 葛媛, 曹安然, 张守雷, 严泽同. 预氧化程度对聚丙烯腈预氧化纤维结构与性能的影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(11): 53-56.

WANG Jun, GE Yuan, CAO Anran, ZHANG Shoulei, YAN Zetong. Effect of pre⁃oxidation degree on structure and properties of polyacrylonitrile thermal oxidative stabilized fiber[J]. China Plastics, 2024, 38(11): 53-56.

图/表 5

图1 热处理30 min和60 min预氧化纤维的FTIR谱图

Fig.1 FTIR spectra of thermal oxidative stabilized fibers treated for 30 and 60 min， respectively

图2 热处理温度和时间对样品预氧化程度的影响

Fig.2 Effect of heat treatment temperature and time on cyclization degree of the samples

图3 不同预氧化程度纤维的XRD谱图

Fig.3 XRD patterns of the fibers of different thermal oxidative stabilization degree

图4 不同预氧化程度纤维的SEM照片

Fig.4 SEM images of the fibers with different thermal oxidative stabilization degree

图5 预氧化程度与拉伸强度和断裂伸长率的关系

Fig.5 Relationship between tensile strength and elongation at break and thermal oxidative stabilization degree

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Effect of pre⁃oxidation degree on structure and properties of polyacrylonitrile thermal oxidative stabilized fiber

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