University of PardubiceFaculty of Chemical Technology

University

Employees
|
Students
Česky

Publication detail

Synthesis of centrifugally spun polyacrylonitrile-carbon fibers

Authors: Chennam Pavan Kumar | Kachlik Martin | Rihova Martina | Čičmancová Veronika | Maca Karel | Macák Jan

Year: 2024

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Journal of Materials Research and Technology

Page from-to: 2199-2205

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Syntéza odstředivě spřádaných polyakrylonitril-uhlíkových vláken	Tato práce demonstruje karbonizaci odstředivě spřádaných polyakrylonitrilových (PAN) vláken. Zpočátku byly identifikovány optimální podmínky odstředivého zvlákňování pro výrobu homogenních vláken PAN. Za druhé, proces pokračoval stabilizací a karbonizací PAN, aby se zajistil čistý uhlíkatý vláknitý materiál odstraněním veškeré neuhlíkové hmoty. Spřádaná PAN vlákna byla stabilizována při 240 ◦C na vzduchu při rychlosti ohřevu 1 ◦C/min, poté karbonizována mezi 600 a 1200 ◦C v argonu při 5 ◦C/min. Po karbonizaci byla vlákna charakterizována pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM), infračervené spektroskopie s Fourierovou transformací (FTIR), rentgenové difrakce (XRD) a Ramanovy spektroskopie (RS). Výsledky SEM ukázaly, že zvýšením teploty karbonizace vedla prodloužená eliminace dalších funkčních skupin ke vzniku tenčích uhlíkových vláken. FTIR spektra vláken PAN odhalila, že píky spojené s vazbami C≡N byly podstatně sníženy a vazby C–H byly ve vláknech během stabilizace eliminovány. Tato snížení jsou připisována cyklizaci nitrilových skupin a stabilizačnímu procesu a zvyšující se teploty karbonizace vedly k plošším křivkám FTIR, což podporuje zjištění. Podle XRD byla struktura PAN narušena, jak bylo požadováno, a karbonizace vedla k vytvoření širokých hrbolků v důsledku amorfního uhlíku. Ramanovy výzkumy zjistily, že zvýšení teploty karbonizace z 600 na 1200°C nevedlo k žádným významným hodnotám R, což naznačuje, že všechna vlákna nemají žádné strukturní uspořádání. Výsledky studie by mohly být použity v mnoha dalších oblastech, jako je výroba elektrod, podpora katalytických reakcí, filtrační média a energie.	Polyakrylonitril; Odstředivé zvlákňování; Stabilizace; Karbonizace; Uhlíková vlákna
eng	Synthesis of centrifugally spun polyacrylonitrile-carbon fibers	This work demonstrates the carbonization of centrifugally spun polyacrylonitrile (PAN) fibers. Initially, the optimal centrifugal spinning conditions for producing homogeneous PAN fibers were identified. Second, the process continued by stabilization and carbonization of PAN to ensure a pure carbonaceous fiber material by eliminating all non-carbonaceous matter. The spun PAN fibers were stabilized at 240 degrees C in air at a heating rate of 1 degrees C/min, then carbonized between 600 and 1200 degrees C in argon at 5 degrees C/min. After carbonization, the fibers were characterized using scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and Raman spectroscopy (RS). The SEM results showed that by increasing the carbonization temperature, the prolonged elimination of other functional groups resulted in the formation of thinner carbon fibers. FTIR spectra of PAN fibers revealed that the peaks associated with C equivalent to N bonds were substantially reduced and C-H bonds were eliminated in the fibers during the stabilization. These reductions are attributed to the cyclization of nitrile groups and the stabilizing process, and increasing carbonization temperatures resulted in flatter FTIR curves, supporting the findings. According to XRD, the structure of PAN was disturbed, as desired, and carbonization led to the formation of broad bumps resulting from amorphous carbon. Raman investigations found that increasing the carbonization temperature from 600 to 1200 degrees C resulted in no significant R values, suggesting that all fibers had no structural ordering. The study results could be used in many other areas, such as the fabrication of electrodes, supporting catalytic reactions, filter media, and energy.	Polyacrylonitrile; Centrifugal spinning; Stabilization; Carbonization; Carbon fibers