PAN-DMSO-水三元體系相分離和原絲成形機(jī)理的研究.pdf

1、碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕等一系列優(yōu)異性能,作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維,目前己被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。尤其是高性能碳纖維,在建筑補(bǔ)強(qiáng)、石油工業(yè)、海洋開(kāi)發(fā)、汽車工業(yè)、交通運(yùn)輸及體育娛樂(lè)等民用方面也用途廣泛,用量相當(dāng)可觀。我國(guó)與國(guó)外的聚丙烯腈碳(PAN)纖維差距巨大,特別是高性能原絲方面的工作還比較欠缺,原絲質(zhì)量己經(jīng)成為阻礙國(guó)內(nèi)高性能碳纖維發(fā)展的瓶頸。纖維的凝固成形對(duì)初生纖維及最終的PAlN原絲結(jié)構(gòu)和性能有著重要的影響,目

2、前,原絲的凝固成形機(jī)理還不明確,因此有必要對(duì)原絲的凝固成形機(jī)理進(jìn)行深入的研究,這有利于對(duì)原絲的結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)期的控制,獲得滿足制備高性能碳纖維要求的原絲。無(wú)論是濕法紡絲還是干濕法紡絲,纖維在凝固成形過(guò)程中都會(huì)發(fā)生相分離,聚合物析出,纖維成形。凝固成形條件不同,相分離的途徑也不同,初生纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能會(huì)有極大的差異。因此,研究PAN-DMSO-水三元體系的相分離機(jī)理具有重要的意義。
　　本文采用濁點(diǎn)滴定法研究了PAN-DMSO-水三

3、元體系的凝固成形時(shí)的相變行為,獲得不同溫度下的PAN-DMSO-水三元相圖,指導(dǎo)紡絲原液的制備及凝固成形條件的設(shè)置,紡制出理想結(jié)構(gòu)的PAN原絲。迄今為止,這項(xiàng)工作僅有少量研究文獻(xiàn)報(bào)道,但研究均不深入。研究結(jié)果表明;濁點(diǎn)滴定法測(cè)定體系濁點(diǎn)組成,精度高,相對(duì)平均偏差小,實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單,方法可行。當(dāng)體系達(dá)到相分離時(shí),濁點(diǎn)曲線上各點(diǎn)成分有一定線性關(guān)系且線性好(R~2＞0.9936),根據(jù)該線性關(guān)系可推導(dǎo)出高聚合物濃度的濁點(diǎn)成分,成功繪制PAN-DMS

4、O-水體系的雙節(jié)線,獲得不同溫度下的PAN-DMSO-水三元相圖。凝固浴溫度、凝固浴濃度和紡絲原液組成對(duì)于纖維成形過(guò)程中相分離的途徑以及成形纖維的結(jié)構(gòu)性能有重要的影響,根據(jù)三相圖,可調(diào)節(jié)凝固浴溫度、凝固浴濃度和紡絲原液(如改變紡絲原液中的含水率)組成來(lái)控制濕法和干濕法紡絲過(guò)程中的相分離途徑。濕法、干濕法紡絲是個(gè)濃縮凝固過(guò)程,PAN原絲凝固成形過(guò)程中相分離只能采取在臨界點(diǎn)上方從起始點(diǎn)進(jìn)入聚合物含量升高的不穩(wěn)區(qū)的途徑進(jìn)行分相;紡絲原液組成越