聚丙烯腈共聚纖維單向電紡成纖工藝及其關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、電紡是得到納米長(zhǎng)纖維的一種直接方法。傳統(tǒng)電紡纖維由于纖維成纖過程Taylor錐作用使得所收集的纖維呈無紡布形式分布。這種單纖維間縱橫交叉的具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無紡布或纖維束在原絲后處理與后續(xù)碳纖維制備過程中不能獲得必要的有效高倍牽伸效果，亦不能滿足PAN大分子與碳網(wǎng)層面獲得高度取向的需求，故使得纖維力學(xué)性能低下，長(zhǎng)期以來不能用于結(jié)構(gòu)材料使用。為此，以單向收集沿著軸向高度序列排列電紡絲為目的的探索工作成為電紡領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。

2、　　 由于水是電的良導(dǎo)體，且碳纖維用電紡纖維在后續(xù)工序中需要在水中進(jìn)一步脫除殘余溶劑和進(jìn)行必要的高倍牽伸處理，結(jié)合濕法紡絲工藝，本課題成功地設(shè)計(jì)并建立了新型連續(xù)流動(dòng)水浴收集方式獲得了沿軸向高度排列的單向長(zhǎng)束狀纖維，并獲得了發(fā)明專利受理。
　　 本課題在成功地探索并建立了新型連續(xù)流動(dòng)水浴收集方式的基礎(chǔ)上，研究了在電紡過程中電壓、收集距離和轉(zhuǎn)速對(duì)新型單向排列聚丙烯腈纖維形態(tài)和結(jié)構(gòu)的影響，確定了本實(shí)驗(yàn)所需的基本工藝條件。借助掃描電鏡

3、(SEM)、差式掃描量熱(DSC)和X衍射(XRD)等測(cè)試手段，采用對(duì)比的方法，探討了靜電紡絲制備得到的納米纖維與普通市售PAN纖維的差異以及水浴收集電紡絲與輥筒收集電紡絲在單向排列程度、致密性、PAN大分子取向結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度等序態(tài)結(jié)構(gòu)方面的差異。還著重研究了水浴溫度對(duì)水浴收集方式所得電紡絲的影響。課題還對(duì)靜電紡初級(jí)纖維進(jìn)行了熱水牽伸實(shí)驗(yàn)，研究了牽伸前后纖維在結(jié)構(gòu)性能方面的差異，并對(duì)兩種方式下得到的纖維進(jìn)行同等倍數(shù)的牽伸效果進(jìn)行了比較。<

4、br>　　 結(jié)果表明：(1)電紡纖維與傳統(tǒng)紡絲方法得到的纖維相比，直徑小，表面缺陷也少，纖維表面基本上看不到溝槽。(2)電紡PAN原絲在空氣中的DSC圖線呈現(xiàn)雙峰。(3)未經(jīng)牽伸的初生電紡PAN纖維取向度和結(jié)晶度(55.0％,42.8％)較經(jīng)過約八倍牽伸的考陶爾纖維(83.0％，77.46％)低。但是與相同轉(zhuǎn)速下輥筒收集電紡絲(51.1％，5.7％)相比，水浴收集電紡絲的單向排列程度取向度高3.7％、結(jié)晶度高37.1％。(4)水浴收集

5、電紡絲的溶劑殘余率為1.34％低于輥筒收集電紡絲的溶劑殘余率3.87％。(5)水浴收集得到的纖維表面的粗糙程度主要受電壓、濃度、收集距離、環(huán)境溫度、收集浴的潔凈度以及其他一些因素的影響。(6)水浴溫度越低越易得到表面光滑的且溶劑殘余率低的纖維。水浴溫度越高，纖維表面越粗糙，缺陷越多。隨著水浴溫度的升高，纖維的體密度逐漸減小，直徑增大；結(jié)晶度減小。(7)牽伸對(duì)于電紡絲直徑有很大影響，牽伸倍數(shù)越大的，纖維的直徑變化越明顯。熱水牽伸對(duì)提高電紡