干噴濕紡聚丙烯腈初生纖維結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、干噴濕紡是制備聚丙烯腈(PAN)原絲的重要工藝，因該工藝制備的PAN原絲具有更好的結(jié)構(gòu)致密性及較高的力學(xué)性能，干噴濕紡倍受關(guān)注。PAN初生纖維是制備碳纖維過程中最原始的纖維狀前驅(qū)體，初生纖維成形時(shí)能承受的牽伸力有限，因此得到的纖維直徑較大。需要通過多級(jí)凝固浴牽伸對(duì)初生纖維施加作用，進(jìn)而獲得纖度較小的PAN原絲。初生纖維的結(jié)構(gòu)會(huì)很大程度上決定干噴濕紡后續(xù)紡絲工藝的可操作性和連續(xù)性，并且對(duì)PAN原絲及其碳纖維的質(zhì)量有很大的影響，因此有必要系

2、統(tǒng)開展對(duì)干噴濕紡PAN初生纖維的結(jié)構(gòu)研究。
　　首先，本文系統(tǒng)對(duì)比了自然晾干、鼓風(fēng)干燥及冷凍干燥三種方式制備PAN初生纖維干燥樣品的差別，研究干燥方式對(duì)纖維樣品物理特征和原始結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。鼓風(fēng)干燥使樣品的截面積和長度大幅度收縮，原有的表面和截面形貌以及樣品內(nèi)部的孔洞結(jié)構(gòu)被破壞，干燥處理后纖維內(nèi)部殘留DMSO溶劑較多。自然晾干同樣導(dǎo)致纖維內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)損壞。冷凍干燥處理后的初生纖維表面形貌、結(jié)晶度以及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)都未產(chǎn)生較大變化。冷凍干

3、燥可以很好的保留PAN初生纖維原始的物理特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面形貌和結(jié)晶狀況情況，適用于PAN初生纖維干燥樣品的制備。
　　其次，本文還系統(tǒng)研究了凝固浴條件對(duì)初生纖維結(jié)構(gòu)造成的影響。當(dāng)凝固浴的濃度不斷變大時(shí)，初生纖維的晶粒尺寸和結(jié)晶程度不斷變大。其截面形狀也從不規(guī)則逐漸變成規(guī)則的圓形，強(qiáng)度與密度同時(shí)不斷變大。并且隨著凝固浴的濃度不斷變大，初生纖維呈現(xiàn)出越來越好的分纖效果，孔隙率也越來越小。凝固浴牽伸比變大時(shí)，初生纖維結(jié)晶度不斷變大，

4、沸水收縮率也相應(yīng)的增大。同時(shí)，初生纖維截面逐漸趨于圓形，纖維內(nèi)部的孔洞等缺陷也在牽伸作用下變得平整致密，纖維表面溝槽減少，纖維的孔隙率逐漸降低。
　　為了研究凝固浴的牽伸溫度、牽伸比及濃度對(duì)初生纖維結(jié)構(gòu)的影響，本文設(shè)計(jì)了牽伸實(shí)驗(yàn)機(jī)，通過實(shí)驗(yàn)獲得系統(tǒng)全面的數(shù)據(jù)，為多級(jí)凝固浴牽伸提供指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)表明，最佳方案為:第一凝固浴，溶劑濃度是70％，溫度是60℃，牽伸倍數(shù)控制在5～7倍之間。第二級(jí)凝固浴，溶劑濃度是75％，溫度是60℃，牽伸倍數(shù)

5、控制在1.1～1.7倍之間。第三級(jí)凝固浴，溶劑濃度是80％，溫度是30℃，牽伸倍數(shù)控制在1.2～1.4倍之間。第四級(jí)凝固浴，溶劑濃度調(diào)整到30％，溫度是70℃，牽伸倍數(shù)控制在1.1-1.3倍之間。
　　PAN原絲中的大部分缺陷是在初生纖維階段產(chǎn)生并遺傳下去的，因此有必要對(duì)初生纖維的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，這對(duì)于生產(chǎn)質(zhì)量高性能好的原絲及碳纖維具有重要意義。實(shí)驗(yàn)利用熱孔測(cè)量法研究干噴濕紡PAN初生纖維的孔結(jié)構(gòu)，并且與氮?dú)馕椒ê透稍锓y(cè)量