本研究採用不同級數之聚丙烯腈(碳纖級與氧纖級)為原料，利用靜電紡絲法（Electro-spinning, ES）製作奈米纖維不織布，以差式掃描熱量分析儀(DSC)與熱重量分析儀(TGA)熱分析結果，選取氧化條件參數。首先將電紡奈米纖維不織布作為前軀體，分別設定直立式高溫爐六區溫度為150、200、250、275、300、300℃，施加5g張力，以不同喂布速率(3cm/min、5cm/min、10cm/min)喂入直立連續式高溫爐進行氧化工程，探討不同的氧化條件，對聚丙烯腈系電紡奈米纖維布表觀與微細構造的影響。實驗結果得知，經氧化穩定加工後，碳纖級聚丙烯腈與氧纖級聚丙烯腈之電紡奈米纖維織物氧化產率皆隨著喂布速率的增加，亦隨之增大。其限氧指數(LOI)隨著喂布速率降低而增加，氧化織物之顏色變化，在喂布速率為3cm/min時，皆呈現黑色表觀，具有較穩定的結構；且碳纖級與氧纖級之聚丙烯腈氧化織物，其環化指數(AI)值分別達61%與59%，經由SEM觀察，為均齊的非織物形態，當喂布速率為10cm/min時，氧化纖維布由於進入直立式高溫爐速率過快，每一區氧化時間過短，即升溫速率過快，產生變形現象。綜合以上分析，當喂布速率為3cm/min時，碳纖級與氧纖級之聚丙烯腈氧化織物，其環化已達氧化完全程度，且限氧指數(LOI)值分別達42與39，顯示其為不燃纖維，其他物性經過分析，結果顯示亦適合於後續加工處理，此為最佳連續式氧化條件。

In this study, two kinds of polyacrylonitrile (PAN)-based precursor (Carbon fiber grade polyacrylonitrile and Oxidized fiber grade polyacrylonitrile) were produced by electrospinning for the fabrication of oxidized nanofiber nonwovens. The parameters adopted for the oxidation process were chosen from the thermal analysis results obtained using DSC and TGA. The six areas oxidation temperatures of 150, 200, 250, 275, 300, and 300℃ were selected for flow rate of 3, 5, and 10 cm/min at 5 grams of tension by using continuous semi-open high-temperature furnace. The variations in yield rate, breaking strength and shrinkage of the oxidized PAN-based electrospun nonwovens were examined in this article. The results indicate that the physical properties of electrospun nonwovens were affected by the oxidation conditions. In addition, the limit oxygen index (LOI) was found to increase with decreasing flow rate. In addition, the optimum oxidation condition was found for flow rate of 3 cm/min. Under this condition, high-quality PAN-based oxidized electrospun nonwovens were produced with aromatization index (AI) of 61% and LOI of 42%.

【1】 經濟部工業局，產業用纖維，紡織綜合研究所發行，第124-178頁(2004)。
【2】 吳文演博士著，高科技新功機能性纖維材料與應用，增光國際股份有限公司，第277- 279頁 (2004)。
【3】 Frank K Ko, Nanofiber Technology：Bridging the Gap between Nano and Marco World, Fibrous Materials Research Laboratory, Department of Materials Science and Engineering, Drexel University, Philadelphia, Pa.19104, U.S.A (2004).
【4】 Rocco, M.C., William, R.S., Alivisiatos.P and editors, Nanotechnology Research Directions：IWGN Workshop Report, National Science and technology Council, September (1999).
【5】 黃楠儒，「氣相成長碳纖維/炭管之研究」，碩士論文，國立成功大學，台南(1998)。
【6】 張淇芝，「基材備製對氣相成長碳纖維/管的影響」，碩士論文，國立成功大學，台南(2000)。
【7】 Huang, Z.M., Zhang,Y.Z., Kotaki,M., Ramakrishna, S.”A review on polymer nanofiber by electrospinning and their applications in nanocomposites, ”Comosites science and technology, vol.63 April ,pp. 2223-2253 (2003).
【8】 Taylor, G., Proc Roy Soc London A, pp. 313、453 (1969).
【9】 大谷杉郎、大谷朝男 共著、賴耿陽譯著，碳纖維材料入門，復漢出版社發行，第35頁(2000)。
【10】 Mayer, R.O., Ecker, D.R., and Spry, W.J.U.S. Patent 3 (333),pp. 926 (1993).
【11】 許明發先生翻譯，日本碳纖維最近之發展，中華民國尖端材料科技協會，第4-5頁(1993)。
【12】 初谷誠一，特殊纖維(上)，台隆書店經售，第176頁(昭和44年)。
【13】 D.J.Johnson、Phil、Trans.R.Soc. and Lond, A294, pp. 443-449 (1980).
【14】 J.B.Donne、R.C.Bansal(Second Edition), Carbon Fiber“Carbon Fiber Application”, pp.40、146-147、443-449 (1993).
【15】 李崇堡編著，新材料素材及其應用，耐燃性素材(Ch.14)，第271-273頁(1996)。
【16】 平井實，耐炎纖維，纖維與工業 Vol.49(No.5)，(1993)。
【17】 J.Matsui、H.S.Matsuda and Maeda，J.Industrial Fabrics(No.3), pp. 43(1985).
【18】 許永綏編譯，高性能纖維學(續)，徐氏基金會出版，第1-56頁(1997)。
【19】 賴耿陽編著，碳材料化學與工學，復漢出版社發行，第82-139頁(2001)。
【20】 稻垣道夫、大谷杉郎、大谷朝男 共著、賴耿陽譯著，碳材料碳纖維工學，復漢出版社發行，第35頁(2001)。
【21】 P.v.Adhyap and Trupti Maddanimath etc., Application of electrochemically prepared carbon nanofiber in supercapacitors, J.of Power Sources, (No.109), pp. 105-110 (2002).
【22】 大谷朝男、笠原直人，極細碳纖維的開發，機能材料Vol.20(No.4)， 第20-26頁(2000)。
【23】 大谷朝男，熔融紡絲奈米碳管的新穎製法，機能材料Vol.21(No.11)， 第41-46頁(2001)。
【24】 陳聯泰、蕭弘毅，級細碳纖維的開發及應用，工研院化工所纖維技術研究組，(2002)。
【25】 Yu Wang、Santiago Serrano、Jorge J. Santiago-Aviles, Raman characterization of carbon nanofibers prepared using electrospinning, Synthetic Metals 138, pp.423-427 (2003).
【26】 H. Nemmara、G.G. Chase, Synthesis and testing of activated carbon nanofibers, Microscale Physiochemical Engineering Center The University of Akron, (2002).
【27】 Kristine Graham、Ming Ouyang、Tom Raether, Polymeric Nanofibers in Air Filtration Applications, Tim Grafe、Bruce McDonald, Paul Knauf Donaldson Co., (2001).
【28】 Yu Wang, Jorge J. Santiago-Aviles, Carbon and graphitic nano-fibers from metallo-organic precursors., Early Stages on the Graphitization of Electrostatically Generated PAN Nanofibers, Deptment of Electrical and System Engineering, University of Pennsylvania, Philadelphia, (2004).
【29】 C. Kim and K. S. Yanga, Electrochemical properties of carbon nanofiber web as an electrode for supercapacitor prepared by electrospinning, Faculty of Applied Chemical Engineering, Chonnam National University, (2003).
【30】 Doshi and Jayesh, Development of High Surface Area Material and Filter, EPA Contract Number: 68D02021, (2002).
【31】 You-Lo Hsieh and UC Davis, Nano-Porous Ultra-High Specific Surface Fibers, National Textile Center,FY 2004 New Project Proposal, Project , No. C04-CD06, (2004).
【32】 Yu Wang、Jorge J. Santiago-Aviles、Rogerio Furlan and Idalia Ramos, Pyrolysis temperature and time dependence of electrical conductivity evolution for electrostatically generated carbon nanofiber, Ieee transactions on nanotechnology, Vol.2(No.1), pp. 39-43 (2003).
【33】 Yu Wang and Jorge J. Santiago-Aviles, Low temperature electronic properties of electrospun PAN-derived carbon nanofiber, Ieee transactions on nanotechnology, March Vol.3,No.7, pp. 354-356 (2003).
【34】 Bose, G. M. 1745 Recherches sur la cause et sur la veritable theorie del`s electricite (Wittenberg).
【35】 Zeleny,J “Instability of electrified liquid surfaces.” The physical review Vol.10, no.1 (1917).
【36】 Michelson, D., Electrostatic Atomization, Bristol, Adam Hilger, (1990).
【37】 A. Formhals, U.S Patent, 1-975-504, Oct.2, (1934).
【38】 G. I. Taylor, Disintegration of water drops in an electric field, Proc. R. Soc. London, Ser.A280, 383, (1964).
【39】 G. I. Taylor, The stability of horizontal fluid interface in a vertical electric field, J, Fluid Mech.22,1, (1965).
【40】 G. I. Taylor, The circulation produced in a drop by an electric field, Proc. R. Soc. London, Ser.A291, 145, (1966).
【41】 G. I. Taylor, Electrically driven jets, Proc. R. Soc. London, Ser.A313, 454, (1969).
【42】 Simons, U.S Patent, 3,280,229. (1966).
【43】 Larrondo L. and Manley RSJ., Electrostatic Fiber spinning form polymer melts. I. Experimental observations on fiber formation and properties., J .Polym Sci Polym Phys Ed 19：909-20, (1981).
【44】 Reneker, D.H. and Chun I., Nanometer diameter fibers of polymer produced by electrospinning, Nanotechnology 7, pp. 216-223 (1996).
【45】 Feng-Lei Zhou and Rong-Hua Gong, Department of Textiles & Paper, School of Materials, University of Manchester, Manchester M60 1QD, UK, Polym Int 57:837–845 (2008).
【46】 Dzenis YA and Reneker DH, Proceedings of Technical Confer-ence., American Society for Composites, pp. 657-665 (1994).
【47】 Reneker DH and Chun I, Nanotechnology 7:216 (1996).
【48】 Baumgarten PK.Electrostatic spinning of acrylic microfibers.J of Colloid and Interface Science.36：71-9, (1971).
【49】 Shin Y M、HOhman M M、Brenner M P and Rutledge G C., Polymer, pp. 42 (2001).
【50】 Doshi J and Reneker D HL., J Electrostatics, pp. 151 (1995).
【51】 Reneker、D.H、Fong、H. by“Polymer Nonofiber”organized, Polymer Preprints, 44, September, Divison of Polymer Chemistry, Inc. American Chemical Society, (2003).
【52】 吳大誠、杜仲良、高緒珊編著、張勁燕編譯，奈米纖維，五南出版社，(2004)。
【53】 王盈淇，「溫度效應對電紡絲製備高分子纖維之影響」，碩士論文，國立成功大學，台南(2006)。
【54】 林健樺，「以電紡絲製備聚苯乙烯纖維膜」，碩士論文，國立成功大學，台南(2004)。
【55】 O. P. Bahl and L. M. Manocha, Characterization of oxidized PAN fiber, Carbon Vol.12, pp. 417-423 (1974).
【56】 R. Houtz, Textil Research Journal Vol.20, pp. 786 (1950).
【57】 N. Grassie and J. Hay, Journal of Polymer Science, pp.189 (1969).
【58】 N. Grassie and R. McGuchan, European Polymer of Journal Vol.6, pp. 1277 (1970).
【59】 B. Danner and J.Meybeck, Int. Cof. Carbon Fiber NO.6, pp. 36 (1971).
【60】 W. Watt, Carbon Vol.10, pp. 121-142 (1972).
【61】 P. J. GoodHew、A. J. Clark and J. E. Bailey, Material Science and Engineer Vol.17, pp. 3 (1975).
【62】 N. Grassie and R. McGuchan, European Polymer of Journal Vol.7, pp. 1357 (1971).
【63】 W. Watt and W. Johnson, Nature Vol.257, pp. 210 (1975).
【64】 I. Noh and H. Yu, Polymer Letters Vol.4, pp. 721 (1966).
【65】 K. Y. Marita、A. K. Murayama、T. Ono and A. Nakayama, Pure Appl. Chem NO.58, pp. 445-468 (1986).
【66】 劉嘉麟，聚丙烯腈纖維之物理化學特性及其應用與發展，高新科技，第63-69頁 (2002)。
【67】 R. C. Mackenzie, Thermochim. Acta Vol. 1, pp. 28 (1980).
【68】 P. H. Wang, Aspect on Prestretching of PAN Precursor：Shrinkage and Thermal Behavior, Journal of Applied Polymer Science Vol.67, pp. 1185-1190 (1998).
【69】 N. Grassie and R. Mcguchan, European Polymer Journal Vol.8, pp. 257-269 (1972).
【70】 L. M. Manocha and O. P. Bahl, Role of oxygen during thermal stabilization of PAN fiber, Fiber Science and technology Vol.13, pp. 199-212 (1980).
【71】 Mukesh K. Jain、M. Balasubramanian、P. Desal and A. S. Abhiraman, Journal of Material Science Vol.22, pp. 301-312 (1987).
【72】 Bragg , R. H. and Packer, C. M., Nature Vol.195, pp. 1080 (1962).
【73】 王茂章、賀福，碳纖維及其複合材料，科學出版社，第49頁(1997)。
【74】 Bashir Z., Acta Polymer Vol.47, pp. 125 (1996).
【75】 Davidson J.、Jung H. and Hudson S., Polymer Vol.41, pp. 3357 (2000).