X射线衍射法研究聚丙烯腈原丝的晶态结构.pdfVIP

维普资讯 第 32卷 第 2期 北 京 化 工 大 学 学 报 V01．32．No．2 2005年 JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOF 兰 !兰 2005 x射线衍射法研究聚丙烯腈原丝的晶态结构 韩曙鹏 徐糅华 曹维宇 姚 红 (北京化工大学碳纤维及复合材料研究所，北京 100029) 摘 要：用x射线衍射法研究了成纤过程中聚丙烯腈原丝晶态结构的演变规律，给出了各阶段聚丙烯腈的晶态结 构模型。结果表明．成纤过程中聚丙烯腈原丝的晶态结构 由最初的两相准晶结构经致密化后演变成单相仲晶结 构。初生纤维的两相结构中含有 “准晶区”(有序区)和非晶区(无序区)，“准晶区”中聚丙烯腈大分子以不规则螺旋 棒的形式堆砌。致密化过程中非晶区向有序区转变并和原有的有序区相互渗透形成单相 “仲晶区”，在这种单相结 构中。PAN大分子以一种类 z字形不规则螺旋棒的形式存在，棒与棒之间相互重叠、交叉、缠绕交织，相邻棒间结合 紧密。 关键词：聚丙烯腈原丝；晶态结构；X射线衍射；模型 中图分类号：TQ342．31 引言 1 实验部分 聚丙烯腈 (polyacrylonitrile，PAN)原丝在碳纤 1．1 试剂 维的制备 中扮演着极其重要的角色 之J。但对于 丙烯腈 (AN )经常压蒸馏收集 76～78℃之间的 PAN 的晶态结构却一直存在争论，部分学者L3J基 馏份；二甲基亚砜 (DMSo)经减压蒸馏收集90℃ 于其具有玻璃化转变等现象提 出两相准 晶结构 之馏份 ；甲叉丁二酸 (ITA)经砂芯漏斗精滤处理 ；偶 (two-phasesemi—crystallinestructure)，在这种两相 氮二异丁腈 (AIBN)无水乙醇重结晶精制。 模型中包含了“准晶区”(有序区)以及非晶区(无序 1．2 试样制备 区)。而另外的观点 ]则是单相仲晶结构 (single— 在5L不锈钢聚合釜中，两种单体按一定配比 phaseparacrystallinestructure)。HitoshiYamazaki 投料，AIBN为引发剂、氮气气氛下 自由基溶液聚 等 ]报道了一种由7一ray辐射引发聚合得到的PAN 合，制得的纺丝液经脱单、脱泡待用。纺丝液经计量 通过稀溶液培养可以得到类单品 PAN。X射线衍 泵、喷丝板进入凝固浴湿法纺丝成纤维，经预牵伸、 射在 PAN 晶态结构的研究上有着重要应用，PAN 水洗、致密化、再牵伸制得聚丙烯腈原丝。并且在凝 典型的x射线衍射图显示有两条强烈的赤道衍射 固成形、预牵伸、致密化及再牵伸后收取四个纤维样 弧(点阵面间距约为0．52nm和0．30nm)，子午线方 品(F1，F2，F3及 F4)，其中凝固成形初生纤维用丙酮 向则出现一个大的漫反射弧。 处理，除去纤维中残余溶剂和水。 本文用自由基溶液聚合制得的纺丝液经湿法纺 1．3 X射线衍射测试 丝制备PAN 原丝。通过 x射线衍射研究了PAN 所用 仪 器：日本理 学 公 司 (Rigaku)D／max 原丝的晶态结构及其在成纤过程中的演变规律，用 2500VB2+／PC型x射线衍射仪。实验条件 ：CuKa x射线衍射极图研究了晶区取向，并用模型对品态 辐射 (=0．154056nm)，40kV，200mA。 结构及其形成演变过程进行了解释。 2 扫描：将纤维处理成尽可能细的碎段平铺于 深 lmm 的铝槽中，应做到纤维平铺表面尽量平整。 收稿 日期 ：2004—09—03 扫描区间为 5。～40。，速率为 0．12S扫描 0