预氧化温度对聚丙烯腈纳米纤维结构和性能的影响

／
ｃ 、
２ 结 果 和 分 析
２１ 环 化 度 ．
预氧化温度 下的预氧化毡 。编号 如表 １ 所示。
表 １ 各试 样 的预氧 化温 度
热 稳定 化 过程 中 ，聚 丙烯 腈 原丝 主要 进 行大
分 子结构 的重排 ，首 先在 无定 形 区引发环化反 应 ，
然 后扩 展至 结 晶区 ，最 终形 成 耐热 的梯 形 环化 结 构 。氰基 （ Ｃ ）环 化 的过 程是 放 热反 应 ，而 环 － Ｎ
匦荪
１ 性 能测试 ． ３
＿ ｒ ■■ ｒ １— １ ＿
化度与纤维放热量相关 ，它直接反映其环 化的进 行
程度 。
１ ． 差热分析 （ Ｓ ） ．１ ３ Ｏ Ｃ
采 用 ＭＥ Ｉ Ｅ Ｏ Ｅ Ｏ Ｄ Ｃ ２ ｅ 分 析 仪 。 ＴＬ Ｒ Ｔ Ｌ Ｄ Ｓ ８２ 热
图 ２ 各试 样 的 Ｄ Ｃ曲线 ，主要 考察热 处理 为 Ｓ
预氧化装 置采用 １ １ 一 Ｅ型 电热鼓 风干燥箱 ， ０Ａ １ 额定温度 ３０℃，上海市试验仪器 厂生产 。调节干 ０ 燥鼓风 箱的功率 ，固定预氧化升温速度为 ５％／ ｉ。 ； ｎ ｍ 将 ５ １ ｍｘ ｍ 的纤 维毡 放 到干 燥 鼓风 箱 内 ， 片 ０ｃ ５ｃ
在 松弛 的状态 下加热 。从 １０℃开始 每升 高 ３ ０ ０℃ 恒温 ２ ｉ，分别升 温到 ２０℃、２ ５℃ 、２ ０℃、 ０ｍ ｎ ２ ３ ５ ２ ５℃、２ ０℃，然 后恒 温 ２ ｎ取 出 ，得到不 同 ６ ８ ０ｍｉ
１ ｍ ｍｉ，每试样拉伸 次数为 ６ 次 。拉伸强度用 ０ｍ ／ ｎ ０
公式 （） ２ 计算 。
ａ ＦＷ ｆ ／ － ＝ （ ２ ）
一
式 中 ：ａ 为 拉 伸 强 度 ，ｃ ／ ｍ；Ｆ为 断 裂 强 力 ， ， Ｎｍ ｃ Ｎ；Ｗ为试样宽度 ，ｍ ｍ。
１ ． 扫 描 电子 显微 镜 ．３ ３
Ｃ Ｈ
肿
（Ｈ Ｉ
／ ｃＨ
踟
Ｃ鲫 ∞ — Ｈ
∞ 加 舯 ／ 、
ＣＨ
０
号样 品完全没有放热峰出现 。经过环化 度求算公式
（） １ ，得到预氧化温 度对 环化度 的影 响曲线如 图 ３ 。
可 以看出 ：在 ２０ ２ ５ｏ之 间 ，环化 度增 长迅速 ， ２ ～ ３ Ｃ 在 ２ ５２ ０ｏ环化度增长缓慢 ，在 ２０ｏ时 ，环化 ３—５ Ｃ ５ Ｃ 度达近 １０ ０ ％。所 以 ，环化反 应 主要发 生在 ２ ０ｏ ２ Ｃ
Ｊ Ｍ ５０ Ｌ Ｓ 一 ６０ Ｖ型 扫描 电子显微镜 ，日本 电子株
图 １ 自制 的静 电纺 丝装 置
式会 社。
１３４ 吸 湿性 ￣ ．． ｇｊ ｒ ９
本实验 固定接收距离 为 ２ ｍ，喷丝头孔 径为 ５ｃ ０８ｍ ． ｍ，所加 电压为 ５ Ｖ。另外 ，将玻 璃纤 维织 ０ｋ
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研 究 论 文
嚣
Ｆｂ ｒ ｉ
ｅ ｃ 嗡ｒ ｈ
称量 ８ｇ 干燥 的聚丙烯 腈 （ 相对 分子质 量 Ｍ ＝ ｏ
７ ０ ） 加 入 到 ９ ． Ｌ二 甲 基 甲 酰 胺 ５００ ７ ５ｍ ０ （： ｐ ０ ４ ／ Ｌ ． ８ｇ ）溶液 中 ，用玻璃棒 搅拌约 ２ ｉ 完 ９ ｍ ０ｍｎ至 全均匀溶胀 。然后将混合液转移到 三颈瓶 中 ，置于 ８ ０℃的恒温 水浴 中加 热冷凝 回流 ，同时用 电动搅
匀 、面积为 ３ ｍｘ ０ｃ ０ｃ ３ ｍ的纤维 毡 。
１ 预氧化毡的制备 ． ２
于干燥器中， １０℃ 在 ２ 干燥 １ ，迅速放到下部有 ２ ｈ
五氧化二磷 的干燥 瓶 中 ，放置 ５ｍｉ ｎ冷却 ，然后取 出迅速精称 ，记为 。含水 率用下式求算 ：
含 水率 （ ） ：Ｗｌ一 １０ ％ —面Ｗ － ０× ０ （ ３ ）
温度对预氧化反应 的影 响。可以明显看 出 ：静 电纺 纳 米毡在 ３０℃左 右 出现 了一个 放热峰 ；２ ０℃的 ０ ２
预氧化毡 （ 号样 品）放 热峰 比较 明显 ：２ ５℃的 １ ３
测试 条 件 ：扫描 范 围为 ５～ ５ ０ ４０℃ ，升 温 速 率 为
１ ； ｉ，气氛为氮气 。 ０％ ｍｎ ／
氰基 的环化 为放 热反 应 ，放 热 量 与氰 基环 化
合成 纤维 Ｓ Ｃ ０ ７ Ｎ ．２１ Ｆ ２ ０ ｏ１ ７
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研 究 论 文
Ｆ｜ ｈ
ｉ， 薛 ｜，
预氧化 毡 （ ２号样 品）几 乎 没有 放热 峰 ；３ 、５ 、４
１１２ 静 电 纺丝 ．．
氧化丝在氮 气 中的放热量 。
１３ 拉 仲性 能 ．． ２
一 ＝
＼ 敝
、
采用 Ｌ Ｙ ０ 型单 纤维强 力拉 伸仪 ，莱州市 电 Ｌ 一６
采用 自制的静 电纺丝装置纺丝 ，如 图 １ 示。 所
子仪器 有限公 司制造 。试样 宽度 ５ｍ ｍ，试 样厚度 为 （． ±００ ） ｍ ０２ ５ ． ５ ｍ；夹距 为 １ ０ｍｍ，拉 伸 速 度
程度 ห้องสมุดไป่ตู้关 ，用差 热分 析仪 测 其 Ｄ Ｃ曲线 ，求 得环 Ｓ
化度 。公式 （ １ ）为求算方 法 １ ： ８ １ 环化度 （ ％）：
ｆ １
× ０ １０
（ １ ）
式中：
为 Ｐ Ｎ原 丝在氮气 中的放热量 ；ｎ 为 预 Ａ ｏ
拌机进行搅 拌 ２ｈ ，最后得 到浓 度为 ８％的混合均 匀的聚丙烯腈溶液 。
物 固定在钢板 上作为 接收板 ，由于所纺得 的纳米 毡 和 玻璃纤 维织物 不 易粘 连 ，所 以能够 揭 下厚 度 均
将 一定 质 量 的预氧 化 毡放 入 有 固相共 存硫 酸
铵水溶液 的干燥器 中 ，室温放置 １ ，然后从干燥 ６ｈ 器 中取 出预氧化毡 迅速精称 ，记录质量为 。 将 上述 预氧 化 毡放 入 开 盖的 干燥 瓶 中 ，并 置