聚丙烯腈基碳纖維原絲濕紡成型機(jī)理研究及模擬.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)基碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、航空等方面。
　　 我國(guó)的聚丙烯腈基碳纖維質(zhì)量與國(guó)外相比差距巨大，原絲品質(zhì)是其瓶頸。由于原絲、碳纖維等核心技術(shù)形成專(zhuān)利，文獻(xiàn)報(bào)道不多，因此闡明原絲成型機(jī)理對(duì)于從根本上提高我國(guó)聚丙烯腈基碳纖維的質(zhì)量具有重大意義。
　　 本文對(duì)紡絲原液在孔道中，液流脹大區(qū)以及凝固浴中單軸拉伸流動(dòng)的流體力學(xué)進(jìn)行研究，得到了紡絲原液在孔道中剪切速度，剪

2、切應(yīng)力以及剪切力在徑向的分布；利用本構(gòu)方程對(duì)牛頓流體和非牛頓流體進(jìn)行建模并求解，得到紡程上絲條拉伸速度及加速度的分布。
　　 研究高聚物溶液在凝固浴中的相分離行為對(duì)于了解纖維的成型機(jī)理十分必要而相圖是研究這一過(guò)程的有效工具，本文在計(jì)算PAN/DMSO/H2O三元體系相互作用參數(shù)的基礎(chǔ)上做出了PAN/DMSO/H20三元體系相圖。
　　 凝固浴中發(fā)生的溶劑和非溶劑的雙擴(kuò)散是PAN原絲凝固成型的重要過(guò)程，因此研究這一過(guò)程有重

3、要意義。本文基于Fick雙擴(kuò)散模型研究了PAN原絲在凝固浴中的固化過(guò)程以及該過(guò)程對(duì)絲條流體動(dòng)力學(xué)的影響。通過(guò)對(duì)雙擴(kuò)散模型求解得到了絲條中凝固劑的分布，并進(jìn)一步得出“皮-芯”結(jié)構(gòu)中皮層的增長(zhǎng)與絲條截面上的凝固劑平均濃度成很好的線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照，建立了“皮-芯”結(jié)構(gòu)濕法紡絲流體動(dòng)力學(xué)模型。該模型指出，通過(guò)降低噴絲頭附近的凝固浴濃度可以提高皮層形成速度，從而提高紡絲速度；在紡絲速度不變的情況下，雙擴(kuò)散速度降低會(huì)導(dǎo)致PAN濕紡