PAN Precursor Fibres Containing Multi-Walled Carbon Nanotubes

• Autorzy: Szparaga G. , Mikołajczyk T. , Fraczek-Szczypta A.

Warianty tytułu

PL

Włókna PAN zawierające wielościenne nanorurki węglowe formowane metodą z roztworu na mokro

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The spinning conditions of wet spun polyacrylonitrile (PAN) fibres containing multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were investigated. On the basis of images from a transmission electron microscope, it was shown that the MWCNTs are well dispersed in the fibre matrix as well as straightened and oriented in the direction of the fibre axis. The presence of MWCNTs in the fibre matter caused an increase in the crystallinity of the precursor fibres and a decrease in their porosity. The tenacity of the composite fibres was lower than that of pure PAN fibres, which was caused by the fact that carbon nanotubes hindered deformation in the drawing stages, resulting in a lower draw ratio possible to be obtained of composite fibres compared to standard fibres. For the PAN precursor fibres obtained a two stage carbonisation process was conducted: The first stage was conducted in an oxidative atmosphere (at 140 °C for 5 hours and then at 200 °C for 6 hours in air). The second stage was conducted in an inert atmosphere (at 1000 °C for 5 minutes in argon atmosphere). The strength of carbon fibres containing MWCNTs obtained shows, in the majority, no significant differences in comparision to reference fibres without MWCNTs. However, the tensile strength was lower.

PL

Zbadano wpływ warunków formowania włókien poliakrylonitrylowych (PAN) zawierających wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT) otrzymywanych metodą z roztworu na mokro. Na podstawie obrazów uzyskanych z mikroskopu transmisyjnego stwierdzono, iż nanorurki węglowe są dobrze rozproszone w tworzywie włókien i zorientowane w kierunku osi włókna. Obecność nanorurek węglowych w tworzywie włókien skutkowała wzrostem stopnia krystaliczności włókien oraz obniżeniem ich porowatości. Wytrzymałość właściwa włókien kompozytowych była niższa w porównaniu do wytrzymałości włókien niezawierających nanorurek węglowych. Było to spowodowane faktem, iż nanorurki węglowe utrudniały procesy deformacyjne podczas rozciągu, co skutkowało niższą wartością rozciągu całkowitego uzyskiwanego dla włókien kompozytowych w porównaniu do włókien bez nanorurek węglowych. Dla uzyskanych włókien węglowych przeprowadzono dwuetapowy proces karbonizacji: pierwszy etap w atmosferze utleniającej (w temp. 140 °C w czasie 5 godzin, a następnie w 200 °C w czasie 6 godzin, w atmosferze powietrza), drugi etap w atmosferze argonu (w temp. 1000 °C w czasie 5 minut). Dzięki zastosowaniu nanorurek węglowych niestety nie uzyskano spodziewanego istotnego polepszenia wytrzymałości włókien węglowych.

Słowa kluczowe

EN

precursor fibres; carbon fibres; PAN; carbon nanotube; fibre spinning conditions

PL

włókna prekursorowe; włókna węglowe; włókna poliakrylonitrylowe (PAN); nanorurki węglowe; warunki przędzenia włókien

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 21, no. 6 (102)
• Strony: 33--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szparaga G.

• Department of Material and Commodity Sciencs and Textile Metrology, Faculty of Material Technologies and Textile Design, Technical University of Lodz, Łódź, Poland

autor

Mikołajczyk T.

• Department of Material and Commodity Sciencs and Textile Metrology, Faculty of Material Technologies and Textile Design, Technical University of Lodz, Łódź, Poland

autor

Fraczek-Szczypta A.

• Department of Biomaterials, Faculty of Materials Engineering and Ceramics, AGH – University of Science and Technology, Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Donnet JB, Wang TK, Peng JCM, Rebouillat S. Carbon Fibers. Third Edition, Revised and Expanded. Marcel Dekker AG Basel; Switzerland 1998: 1-85.
• 2. Zhang M, Atkinson KR, Baughman RH. Science 2004; 306 (5700): 1358-1361.
• 3. Li YL. Kinloch IA. Windle AH. Science 2004; 304 (5668): 276-278
• 4. Motta M, Kinloch I, Moisala A, Premnath V, Pick M, Windle A. Physica E 2007; 37, 1-2: 40–43.
• 5. Chung DDL. Carbon Fiber Composites. Butterworth-Heinemann, a member of the Reed Elsevier group; Newton MA USA, 1994: 65-72.
• 6. Chae HG. Sreekumar TV. Uchida T. Kumar S. Polymer 2005; 46, 24: 10925– 10935.
• 7. Sreekumar TV, Liu T, Min BG, Guo H, Kumar S, Hauge RH, et al. Advanced Materials 2004; 16, 1: 58-61.
• 8. Frączek-Szczypta A, Boguń M, Błażewicz S. Journal of Material Science 2009; 44, 17: 4721–4727.
• 9. Chae HG, Minus ML, Rasheed A, Kumar S. Polymer 2007; 48, 13: 3781-3789.
• 10. Min BG, Sreekumar TV, Uchida T, Kumar S. Carbon 2005; 43, 3: 599–604.
• 11. Chae HG, Choi YH, Minus ML, Kumar S. Composites Science and Technology 2009; 69, 3-4: 406–413.
• 12. Manocha LM. Materials Science and Engineering A 2005; 412, 1-2: 27–30.
• 13. Cho T, Lee YS, Rao R, Rao AM, Edie DD, Ogale AA. Carbon 2003; 41, 7: 1419–1424.
• 14. Mikolajczyk T, Szparaga G, Boguń M, Frączek-Szczypta A, Błażewicz S. Journal of Applied Polymer Science 2010; 115, 6: 3628–3635.
• 15. Mikolajczyk T, Rabiej S, Szparaga G, Boguń M, Fraczek-Szczypta A, Błażewicz S. FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe 2009; 77, 6: 13-20.
• 16. Mikołajczyk T. Zeszyty Naukowe - Politechnika Łódzka: Rozprawy Naukowe Wydanie 781 z Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej; Wydawnictwo PŁ, 1997.
• 17. Mikołajczyk T, Kamecka K, Krucińska I, Mikołajczyk W. Die Angewandte Makromolekulare Chemie 1993; 207, 1: 23–29.