飽和蒸汽牽伸工藝改進(jìn)與聚丙烯腈原絲相關(guān)性研究.pdf

1、聚丙烯腈纖維是制備高性能碳纖維的主要前軀體。原絲的各項(xiàng)性能對最終產(chǎn)品碳纖維有著重要的影響。聚丙烯腈原絲質(zhì)量的低下是制約我國碳纖維發(fā)展的瓶頸。由于PAN原絲在紡絲過程中形成的各種缺陷，將進(jìn)一步“遺傳”給后續(xù)的碳纖維，從而極大的降低其性能。所以研究聚丙烯腈原絲的紡絲工藝與纖維性能的關(guān)系，掌握紡絲工藝與原絲性能的相關(guān)性，對于改善和提高原絲性能有著十分重要的意義。
　　 初生纖維的大分子結(jié)構(gòu)缺乏定向排列，纖維的強(qiáng)度低，要制備高性能的碳纖

2、維原絲必須對纖維進(jìn)行牽伸以提高取向度。由于一級牽伸的倍數(shù)十分有限，無法讓纖維達(dá)到所需的力學(xué)性能。因此，必須采用二級或多級牽伸。通過飽和蒸汽對原絲的高倍牽伸是提高原絲性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。但是，國內(nèi)現(xiàn)有的飽和蒸汽工藝除了保溫性、蒸汽密封性沒有達(dá)到應(yīng)有的要求外，由于拉伸方式的限制，絲束無法充分升溫、潤濕，就被高倍拉伸，導(dǎo)致大量毛絲甚至斷絲的發(fā)生。
　　 本文通過對飽和蒸汽拉伸機(jī)理的深入分析，通過牽伸裝置的多項(xiàng)改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)由兩個(gè)密閉

3、室組成的牽伸裝置——兩段合一式拉伸裝置，在原有的加熱拉伸部分前，增添一個(gè)密閉的預(yù)熱部分，而預(yù)熱部分的飽和蒸汽溫度、濕度和蒸汽壓力比加熱部分低，使得絲束在加熱拉伸前，能進(jìn)行充分的潤濕和加熱，從而減少拉伸中產(chǎn)生的毛絲數(shù)。通過改進(jìn)前后三個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置對原絲的工藝參數(shù)和工藝性的對比，證明了兩段合一式拉伸方式，具有不可比擬的優(yōu)越性，也極大地提高了原絲蒸汽拉伸的工藝性，毛絲與斷頭數(shù)大大減輕。
　　 本文通過X射線衍射、掃描電鏡、聲速法以及單絲拉

4、伸等測試手段，測試了實(shí)驗(yàn)原絲的強(qiáng)度、斷裂伸長率、密度、沸水收縮率、結(jié)晶度、取向度和晶粒尺寸等參數(shù)。系統(tǒng)研究了飽和蒸汽牽伸對PAN原絲結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明，加熱段蒸汽壓為5kg/cm2，同管兩段不同牽伸域的壓力差在2kg/cm2時(shí)，原絲的各項(xiàng)力學(xué)性能都達(dá)到最佳。
　　 由X-射線衍射得到的原絲結(jié)晶度隨著拉伸倍數(shù)的增加而增加，而晶面間距沒有太大的變化；由聲速法和X-射線衍射法測定的取向度均隨著拉伸程度的增加而提高；纖維沸水收縮