CN102478508B - 一种聚丙烯腈预氧丝氰基残余分数的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚丙烯腈预氧丝氰基残余分数的测试方法，属于分析测试领域。其是利用显微傅里叶变换红外光谱仪，通过MCT检测器，在金刚石样品池中，以质地均匀的聚丙烯腈纤维原丝作为参比样品，将其与预氧丝样品共同置于金刚石样品池中；采用相同光阑分别测量参比样和预氧丝的红外光谱；计算参比样和预氧丝的氰基吸收峰积分强度，然后计算聚丙烯腈预氧丝氰基残余分数。本发明能够指出预氧化条件与氰基残余量的定量关系，科学的认定出最佳的预氧化条件，为生产和相关理论研究提供服务。

Description

一种聚丙烯腈预氧丝氰基残余分数的测试方法

技术领域

本发明涉及分析测试领域，特别是涉及一种聚丙烯腈预氧丝氰基残余分数的测试方法。

背景技术

预氧化处理是聚丙烯腈(PAN)基碳纤维生产中的重要工艺过程。聚丙烯腈纤维原丝经过200-300℃预氧化处理，其氰基转化为环状结构，再经过高温炭化形成高性能PAN基碳纤维。预氧丝中氰基残余分数决定最终碳纤维的结构和性能。当前用红外光谱技术对预氧化后聚丙烯腈中氰基残余分数的分析，主要采用常规红外光谱法。这些方法可以分为两大类，一是通过KBr压片法以聚丙烯腈为校准样品，测量一定质量浓度样品的氰基红外吸收强度进行分析(如DaehanHwahak Hwoegee，1966，10，25-31)；二是利用样品的氰基吸收峰和相关吸收峰的强度进行分析(如Carbon，1988，26，671-679)。前者主要针对颗粒均匀的粉末样品，若用于分析不易研碎，难于与KBr粉末混合均匀的纤维，实验结果准确性将会受到影响。对于后者，同样不易用于检测纤维样品，而且由于相关吸收峰的归属非常复杂，使得该方法应用起来多有不变。

发明内容

本发明的目的是提供一种精确测量预氧化处理后的聚丙烯腈(PAN)碳纤维中的氰基残余分数的方法，其测量方法实施简单易行，测量结果精确定量。

为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种聚丙烯腈预氧丝氰基残余分数的测试方法，其利用显微傅里叶变换红外光谱仪，通过MCT(Mercury Cadmium Telluride)检测器，在金刚石样品池中，以质地均匀的聚丙烯腈纤维原丝作为参比样，将单根参比纤维和单根预氧丝纤维共同置于金刚石样品池中；采用相同光阑分别测量参比样和预氧丝的红外光谱；计算参比样和预氧丝的氰基吸收峰积分强度，然后利用下式计算聚丙烯腈预氧丝的氰基残余分数：

$R=\frac{I_1}{I_2}---\left(1\right)$

式(1)中，R为聚丙烯腈预氧丝氰基的残余分数；I₁为聚丙烯腈预氧丝氰基红外吸收峰的积分强度；I₂为聚丙烯腈纤维原丝氰基红外吸收峰的积分强度。

所述MCT检测器是红外光谱仪检测器的一种，用于傅立叶变换型红外光谱仪中，采用Hg-Cd-Te半导体材料薄膜，又称光电导检测器)。

本发明的分析表征方法采用显微红外光谱技术，最好是红外源光阑连续可调的显微傅里叶变换红外光谱仪，配有MCT检测器和金刚石样品池。所述将单根参比纤维和单根预氧丝纤维共同置于金刚石样品池中，是在显微镜下分别将单根聚丙烯腈原丝和预氧丝置于金刚石样品池中，使两者不交叉，从而使原丝和预氧丝在金刚石样品池加压时具有相同的厚度。

所述采用相同光阑，是测量参比样和预氧丝时使用尺寸相同的光阑，光阑的尺寸不大于试样纤维与金刚石样品池的接触面，目的是使信号完全来自于试样，例如试样与金刚石样品池的接触面为64×200微米，那么光阑的长不大于200微米，宽不大于64微米。所说的测量参比样和预氧丝的红外光谱，采用扫描次数不小于128次，分辨率不低于4cm^-1，对试样进行光谱扫描，获取高质量的红外光谱。

本发明的技术方案的优点在于可精确给出一定预氧化条件下得到的聚丙烯腈预氧丝中氰基残余分数。本发明具有的技术效果是，能够对预氧丝纤维直接测量，方便快捷，不需要对氰基之外的相关峰进行指认，避免了归属复杂性带来的不便，能够根据测量得到的氰基残余分数的精确结果来确定预氧化条件与氰基残余量的定量关系，科学的认定出最佳的预氧化条件，为生产和相关理论研究提供服务。

附图说明

图1是本发明实施例的PAN纤维原丝和预氧丝的显微红外光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

应用美国Thermo IN10显微傅里叶变换红外光谱仪检测英国产聚丙烯腈预氧丝中氰基的残余分数。通过MCT检测器，在金刚石样品池中，试样与金刚石样品池的接触面为64×200微米，光阑尺寸为64×112微米，扫描次数为128，分辨率为4cm^-1。通过显微镜将单根聚丙烯腈原丝和单根预氧丝置于金刚石样品池中，使两者不交叉。测量聚丙烯腈预氧丝和原丝的红外光谱，见图1。

计算聚丙烯腈预氧丝和原丝的氰基红外吸收峰的积分强度，它们与聚丙烯腈预氧丝的氰基残余分数有如下关系：

$R=\frac{I_1}{I_2}---\left(1\right)$

其中，R为聚丙烯腈预氧丝氰基的残余分数；I₁为聚丙烯腈预氧丝氰基红外吸收峰的积分强度；I₂为聚丙烯腈纤维原丝氰基红外吸收峰的积分强度。

通过(1)式可求得样品的氰基残余分数，最终计算结果为R＝73.98％。

实施例2

对在空气氛围中，在195、205、215、225、235℃预氧化15分钟后的PAN预氧丝，用与实施例1相同的处理过程分别进行测试和计算。

测得的不同预氧化温度下PAN预氧丝中氰基的残余分数结果见表1。

表1预氧丝氰基残余分数

从以上实施例可以看出，本发明的方法能够对预氧丝纤维直接测量，方便快捷，不需要对氰基之外的相关峰进行指认，避免了归属复杂性带来的不便，能够根据测量得到的氰基残余分数的精确结果来确定预氧化条件与氰基残余量的定量关系，科学的认定出最佳的预氧化条件，为生产和相关理论研究提供服务。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种聚丙烯腈预氧丝氰基残余分数的测试方法，其特征在于，使用显微傅里叶变换红外光谱仪，通过MCT检测器，在金刚石样品池中，以质地均匀的聚丙烯腈纤维原丝作为参比样品，将单根参比纤维和单根预氧丝纤维共同置于金刚石样品池中；采用相同光阑分别测量参比样和预氧丝的红外光谱；计算参比样和预氧丝的氰基吸收峰积分强度，然后利用下式计算聚丙烯腈预氧丝氰基残余分数：

$R=\frac{I_1}{I_2}---\left(1\right)$

式（1）中，R为聚丙烯腈预氧丝氰基的残余分数；I₁为聚丙烯腈预氧丝氰基红外吸收峰的积分强度；I₂为聚丙烯腈纤维原丝氰基红外吸收峰的积分强度；

所述将单根参比纤维和单根预氧丝纤维共同置于金刚石样品池中，是在显微镜下分别将单根聚丙烯腈原丝和预氧丝共同置于金刚石样品池中，使两者不交叉；

所述采用相同光阑分别测量参比样和预氧丝的红外光谱，是采用相同尺寸的红外源光阑分别扫描样品池中聚丙烯腈原丝和预氧丝的光谱，光阑尺寸不大于试样纤维与金刚石样品池的接触面，扫描次数不小于128次，分辨率不低于4cm^-1。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当试样与金刚石样品池的接触面为64×200微米时，所述光阑的长不大于200微米，宽不大于64微米。

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