聚丙烯腈与碳纤维课件.pptx

聚丙烯腈 碳纤维 1 精品课件交流 聚丙烯腈 简介 内容 1 聚丙烯腈的合成 2 碳纤维简介 3 碳纤维的制造 4 2 Logo 聚丙烯腈 概念 聚丙烯腈是由丙烯腈单体经自由基聚合反应得到的聚合物 主要用于制聚丙烯腈纤维 腈纶 3 Logo 聚丙烯腈纤维 聚丙烯腈纤维 人造羊毛 4 Logo 聚丙烯腈的性质 聚丙烯腈外观为白色或略带黄色的不透明粉末相对密度1 12 玻璃化温度约90 软化温度和分解温度很接近 加热至200 以上也不熔化 而是逐渐着色 以至碳化 聚丙烯腈纤维 俗称腈纶 的强度并不高 耐磨性和抗疲劳性也较差 聚丙烯腈纤维的优点是耐候性聚丙烯腈纤维和耐日晒性好 在室外放置18个月后还能保持原有强度的77 聚丙烯腈纤维的性能极似羊毛 有人造羊毛之称 具有柔软 膨松 易染 色泽鲜艳 耐光 抗菌 根据不怕虫蛀等不同优点 5 Logo 聚丙烯腈的合成 引发 引发剂吸热分解 产生初级自由基 分解反应速率较慢 可控制整个反应速率 初级自由基与单体加成 打开烯类单体的n键 形成 键 生成单体自由基并放热 日本东丽公司采用偶氮二异丁腈 AIBN 做引发剂 二甲基亚砜 DMSO 做溶剂 操作安全 产品质量高 6 Logo 聚丙烯腈的合成 增长 链引发反应形成的单体自由基 打开第二个单体分子的 键 成为新的自由基 此传递过程其活性并不衰减 继续与其它单体加成 形成越来越长的链自由基 7 Logo 聚丙烯腈的合成 终止 增长的自由基彼此反应 失去活性生成稳定的高分子化合物的过程 存在链自由基和初级自由基之间的单基终止 比例极低不讨论 和两个链自由基之间的双基终止 后者包括独电子相互结合生成共价键的偶合终止和一个原子发生转移的歧化终止 8 Logo 聚丙烯腈的合成 转移 链自由基从其他分子 单体 溶剂 引发剂 大分子等 上转移获得一个原子 使链自由基本身停止增长 这个分子失去原子后成为新的自由基 但如果其活性明显低于链自由基 也不能继续引发聚合 而只能与其它自由基双基终止 起到阻止聚合 终止链式反应的作用 9 Logo 什么是碳纤维 碳纤维是含碳量在90 以上的无机高分子纤维 其中碳含量高于99 的称为石墨纤维 10 Logo 碳纤维的结构 碳原子结构最规整排列的物质是金刚石 碳纤维结构近乎石墨结构 比金刚石结构规整性稍差 11 Logo 碳纤维的分类 粘胶基碳纤维 Rayon基CF 最早问世 宇航唯一性材料 沥青基碳纤维 Pitch基CF 得率最高 最经济的品种 聚丙烯腈基碳纤维 PAN基CF 性能最全面 应用最广泛 12 Logo 碳纤维的分类 通用级 GP T 300高性能级 HP 高强T 1000高模M40高强高模M60J 13 Logo 碳纤维的性质 高比强度 高比模量耐高温 使用温度2000 3000 非氧化气氛中不融不软耐强酸 强碱及强有机溶剂的浸蚀热膨胀系数小 约等于零热导率高 约为10 140W m K 摩擦系数小 有自润滑作用 导电性好 102 104 欧姆 厘米 14 Logo 碳纤维的应用 Diagram2 航天 航空 汽车 电子 机械 化工 轻纺等民用工业 运动器材和休闲用品 15 Logo 碳纤维生产流程 16 Logo 预氧化 预氧化 200 300 的氧化气氛中 原丝受张力情况下进行 预氧化过程中发生的反应以环化 氧化和脱氢为主 17 Logo 预氧化 PAN原丝热氧化稳定化中各反应顺序 18 Logo 预氧化 1 共聚单体引发环化 1 酸性共聚体引发环化 羧基亲核攻击氰基碳引发 以阴离子进行 传质速度较缓和 亚胺结构的传递是环化序列长度增加的主要因素 生成的亚胺结构以氨分子形式脱除 标志着环化反应终止 19 Logo 预氧化 2 酯类乙烯共聚单体引发的环化反应 酯基电负性对氰基碳进行亲核攻击 3 酰胺基引发的环化 丙烯酰胺 AAm 常用作共聚单体 20 Logo 预氧化 2 氧化反应 首先进行氧化脱水 在 碳原子上引入羟基并形成共轭体系 氧的作用下 碳原子被氧化为酮基 并引发氰基环化为共轭结构 21 Logo 碳化 碳化 在300 1500 的惰性气氛中进行 碳纤维生成的主要阶段 除去大量的氮 氢 氧等非碳元素 改变了原PAN纤维的结构 形成了碳纤维 碳化收率40 45 含碳量95 左右 低温碳化阶段 300 800 碳 碳单键断裂 形成较大的共轭体系 芳环数目增加 高温碳化阶段 1000 1500 主要发生缩聚反应 释放氰和氮气等 22 Logo 碳化 1 氨的释放 端基亚氨基脱除和失活的结果 芳构化反应停止 23 Logo 碳化 2 H2O的脱除 含氧基团缩聚 24 Logo 碳化 3 CO和CO2的释放 未被结合到梯形结构中的含氧基团被热解 4 HCN的释放 小的芳构化片之间缩聚的副产物 25 Logo 碳化 26 Logo 碳化 5 N2的释放 HCN的释放影响收率 900 1300