聚丙烯腈原丝及其纺丝过程的中间产品的孔洞率检测方法
【专利摘要】本发明的聚丙烯腈原丝及其纺丝过程的中间产品的孔洞率检测方法，属于纤维材料微观结构分析测试领域。本发明所要解决的问题是填补现有技术在测量聚丙烯腈原丝在纺丝过程中的中间产品，如水洗初生纤维、温水牵伸纤维等和热稳定化纤维的孔洞率领域的空白，经过浸水和干燥处理后，利用高精密度的天枰准确测量微孔饱和充水纤维试样的重量W1和该纤维试样微孔完全脱水后重量W2，计算得到孔洞率g。本发明方法简便，操作简单；可以对PAN原丝在整个纺丝过程中孔洞率的变化进行全程跟踪表征，为减低纤维孔洞率进行的PAN原丝纺丝工艺改进提供技术依据。
【专利说明】聚丙烯腈原丝及其纺丝过程的中间产品的孔洞率检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纤维材料微观结构分析测试领域，具体涉及一种聚丙烯腈原丝及其纺 丝过程中的中间产品的孔洞率检测方法。
【背景技术】
[0002] PAN(聚丙烯腈）原丝是制造 PAN基碳纤维的前驱体，PAN基碳纤维是当今世界各 国首选的强度与功能纤维材料，被广泛应用于航空航天、军事装备，以及多种高端民用设施 制备领域。目前科技与产业界公认的结论是，碳纤维的质量优劣主要决定于其前驱体PAN 原丝的质量，尤其首先取决于PAN原丝中的结构缺陷状况。
[0003] PAN原丝中结构缺陷种类很多，如杂质、表面裂纹、结晶不完整性等。而原丝中纳米 微孔洞可明显的导致原丝密度降低和拉伸强度下降。因此是原丝最主要的结构缺陷之一。 因原丝的这类缺陷可遗传给碳纤维，故而它也是严重影响碳纤维性能的重要因素。
[0004] 上述情况表明，微孔洞是PAN原丝不可忽视的结构缺陷，必须精确检测严格控制， 而纤维微孔孔洞率则是表征PAN纤维微孔洞状况的重要技术参量。
[0005] 当前国内外检测PAN原丝孔洞率主要是基于比重瓶表观密度测量法，这种测量方 法设备简单、操作简便，但是它只能检测PAN纤维最终成品。
【发明内容】
[0006] 本发明通过以一种新的思路提供了一种聚丙烯腈原丝（热稳定化纤维）及其纺丝 过程中的中间产品的孔洞率检测方法，填补现有技术在测量聚丙烯腈原丝在纺丝过程中的 中间产品，如水洗初生纤维、温水牵伸纤维、沸水牵伸纤维、干燥致密化纤维、高压蒸汽牵伸 纤维的孔洞率领域的空白。
[0007] 本发明技术方案如下。
[0008] 一种聚丙烯腈原丝及其纺丝过程的中间产品的孔洞率检测方法，具体步骤：
[0009] 1)称取0. 5?2. 0g的水洗初生纤维、温水牵伸纤维、沸水牵伸纤维、干燥致密化纤 维、高压蒸汽牵伸纤维或热稳定化纤维；
[0010] 2)将上述待测试样在50?60°C去离子水中浸泡24?48h ；
[0011] 3)将浸泡后试样在松散状态下，在10?25°C温度下的空气中在阴凉干燥处放置 6 ?12h ;
[0012] 4)将阴干处理后的试样在精度优于0. OOlg的天秤上称重，称重结果为% ；
[0013] 5)将称重为Wi的试样真空干燥1?3h ;所述的真空干燥的工作真空度均不大于 lOOpa ；
[0014] 6)对真空干燥的试样在测量精度优于0. 001g的天秤上称重，称重结果记为W2 ；
[0015] 7)按如下公式计算得到检测纤维试样的微孔洞率g ： γ__? _ _ (W! WaJ/pi _ 6] tf = Wz/p2 + ^ _W2)/P!_
[0017] 其中，P i为测量温度下水的密度；P 2为聚丙烯腈的理论密度。
[0018] 本发明的有益效果：
[0019] 1、方法简便，操作简单；
[0020] 2、能够对PAN原丝在纺丝程中多项中间产品的孔洞率进行精确表征，填补了在这 一测量领域的空白；
[0021] 3、对PAN原丝在整个纺丝过程中孔洞率的变化进行全程跟踪表征；
[0022] 4、准确推断各工艺环节对微孔孔洞率变化的作用；
[0023] 5、可为减低纤维孔洞率进行的PAN原丝纺丝工艺改进提供技术依据。
【具体实施方式】
[0024] 实施例1 :聚丙烯腈原丝及其纺丝过程中的中间产品的孔洞率检测方法
[0025] 具体步骤如下：
[0026] 一、称取水洗初生纤维、温水牵伸纤维（70°C温水2倍牵伸纤维）、沸水牵伸纤维 (95°C沸水2倍牵伸纤维)、干燥致密化纤维（145°C热致密化纤维）、高压蒸汽牵伸纤维 (155°C 5Mpa高压蒸汽2. 5倍率牵伸纤维）或热稳定化纤维（160°C 0牵伸热稳定化成品纤 维，即聚丙烯腈原丝）各0. 5?2. Og ;
[0027] 二、将上述待测试样在50?60°C去离子水中浸泡24h ;在上述温度范围内可增强 水分子向微孔中扩散的热动能，同时这一温度低于聚丙烯腈的玻璃化软化温度，能够避免 因浸水引起纤维中微孔形态的变化；
[0028] 三、将浸泡后试样在松散状态下，在10?25°C温度下的空气中在阴凉干燥处放置 6h ；
[0029] 四、将试样在精度优于0. OOlg的天秤上称重，称重结果为A ；
[0030] 五、将称重为Wi的试样在50?60°C温度下真空干燥lh ;所述的真空干燥的工作 真空度均低于lOOpa ；
[0031] 六、将试样在测量精度优于0. 001g的天秤上称重，称重结果记为W2 ；
[0032] 七、按如下公式计算得到检测纤维试样的微孔洞率g ： r , (W! W2)/Pl
[0033] 9 = --7---7:7:~~- W2/P2 + (Wi - W2)/pi ⑴
[0034] 其中，p i为测量温度下水的密度；Ρ 2为聚丙烯腈的密度。
[0035] 实施例2 :本【具体实施方式】与实施例1的不同之处在于：步骤五中将称重为I的 试样进行冷冻真空干燥lh ;所述的真空干燥的工作真空度均低于100pa。
[0036] 效果检测：
[0037] 将10克的如下试样分成10份（以便测量10次取平均值)并按照【具体实施方式】 1中所述方法测量，将测量结果和通过计算得到的测量误差记入表1。
[0038]表 1
[0039]
【权利要求】
1. 一种聚丙烯腈原丝及其纺丝过程的中间产品的孔洞率检测方法，具体步骤： 1)称取0. 5?2. 0g的水洗初生纤维、温水牵伸纤维、沸水牵伸纤维、干燥致密化纤维、 高压蒸汽牵伸纤维或热稳定化纤维； 2)将上述待测试样在50?60°C去离子水中浸泡24?48h ； 3)将浸泡后试样在松散状态下，在10?25°C温度下的空气中在阴凉干燥处放置6? 12h ； 4)将阴干处理后的试样在精度优于0. OOlg的天秤上称重，称重结果为% ； 5)将称重为Wi的试样真空干燥1?3h ;所述的真空干燥的工作真空度均不大于 lOOpa ； 6)对真空干燥的试样在测量精度优于0. 001g的天秤上称重，称重结果记为W2 ； 7)按如下公式计算得到检测纤维试样的微孔洞率g : _ W2)/Pl 卜 W2/P2 +W-.wy/pi 其中，P i为测量温度下水的密度；P 2为聚丙烯腈的理论密度。
2.按照权利要求1所述的聚丙烯腈原丝及其纺丝过程的中间产品的孔洞率检测方法， 其特征在于，所述的真空干燥，在50?60°C温度下进行，或在冷冻下进行。
3.按照权利要求1或2所述的聚丙烯腈原丝及其纺丝过程的中间产品的孔洞率检测方 法，其特征在于，在测定待测试样的孔洞率之后，进行孔洞率g测量误差的计算；计算公式 为： 式中，Wi :含水试样重量；W2 ：PAN含量重量:试样中微孔含水重量； Δ g :孔洞率测量误差；Λ Wi :含水试样重量测量误差；Λ W2 :试样中PAN含量测量误差； Δ P 2 :所选用PAN真实密度值与试样中PAN实际真密度间误差。
【文档编号】G01N5/04GK104048897SQ201410289574
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】高忠民, 高宇, 李向山 申请人:吉林大学