PAN溶液特性對凝固相分離行為及聚合物結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)原絲的晶態(tài)結(jié)構(gòu)對纖維后續(xù)的熱處理過程有很大程度的影響，決定著最終碳纖維的性能。而原絲的晶態(tài)結(jié)構(gòu)最早形成于凝固成型階段，該階段是一個相分離過程，PAN從溶液狀態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的纖維，凝固外場條件或溶液性質(zhì)不同，都會影響相分離過程，這最終導(dǎo)致所得的纖維無論是在宏觀結(jié)構(gòu)上，還是超分子結(jié)構(gòu)上都存在著較大的差異。國內(nèi)外學(xué)者普遍通過外場因素來調(diào)控PAN纖維的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，而忽略了溶液本身性質(zhì)的影響。然而從PAN溶液性質(zhì)出發(fā)，有利于從源頭探究

2、PAN晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成機理，對制備高性能的碳纖維意義重大。
　　本文從PAN溶液中大分子鏈的存在狀態(tài)這種特性入手，通過改變?nèi)軇O性或?qū)θ軇┻M行改性達(dá)到控制溶液特性的目的。進而從微觀角度研究了PAN溶液特性對凝固相分離行為及聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)的影響實質(zhì)。本文主要以紫外光譜為表征手段，研究了PAN溶液中的分子間作用力;以粘度法以及流變學(xué)分析方法為主要手段，研究了PAN溶液中分子鏈的構(gòu)象及流變學(xué)性質(zhì);以濁點滴定為測試手段，利用三元相圖，從宏觀

3、熱力學(xué)角度分析了PAN溶液特性對凝固相分離行為的影響;以XRD作為聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)的表征方法，研究了PAN晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成及演變規(guī)律，同時建立起了溶液特性到晶態(tài)結(jié)構(gòu)間的影響關(guān)系。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴PAN溶液所用溶劑的極性能夠極大地影響溶液中PAN分子鏈的存在狀態(tài)這種特性。溶劑極性越強，溶劑分子與PAN分子鏈間作用力越大，PAN分子鏈越伸展，運動能力越弱。而通過添加適量碳酸氫銨對有機溶劑二甲基亞砜進行改性，同樣能夠達(dá)到調(diào)控這種

4、溶液特性的效果；⑵溶液極性能夠影響凝固劑的凝固能力，PAN溶液發(fā)生相分離時的濁點組成以及相分離曲線。溶液極性越強，凝固劑凝固能力越弱，相應(yīng)溶液發(fā)生相分離時體系中非溶劑水含量越多，聚合物含量越低，相分離曲線逐漸向PAN-水軸靠攏，均相區(qū)增大。而溶劑改性后，相分離曲線的差異主要表現(xiàn)在低濃度區(qū)域，溶液發(fā)生相分離時的臨界點向PAN-水軸方向移動；⑶PAN溶液的特性直接影響凝固相分離后聚合物的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，PAN分子鏈越伸展，運動能力越弱，所得到聚合