紡絲工藝對(duì)以離子液體為溶劑的聚丙烯腈纖維結(jié)構(gòu)性能的影響.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)纖維是性能優(yōu)良的合成纖維之一，廣泛應(yīng)用于紡織服裝行業(yè)、產(chǎn)業(yè)用等領(lǐng)域，離子液體因其穩(wěn)定性好、蒸汽壓低、溶解性好等特點(diǎn)可作為聚丙烯腈纖維加工的良好溶劑，但其紡絲工藝對(duì)纖維結(jié)構(gòu)性能影響沒有系統(tǒng)的研究。本文主要研究了紡絲工藝對(duì)以1-丁基-3-甲基咪唑氯化物([BMIM]Cl)為溶劑所制備的聚丙烯腈纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響。
　　 首先通過靜置溶解、攪拌溶解和捏合溶解的方法在相同的溫度條件下制備了相同聚丙烯腈含量的PAN/[

2、BMIM]Cl溶液，利用旋轉(zhuǎn)流變儀研究了三種溶液的流變特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)捏合溶解得到的溶液零切粘度、松弛時(shí)間最小，非牛頓指數(shù)更大，溶液性質(zhì)穩(wěn)定均一。對(duì)于濃度為13wt％的PAN/[BMIM]Cl溶液，靜態(tài)溶解法制備的溶液無法通過噴絲孔擠出，通過攪拌溶解、捏合溶解得到紡絲液可以進(jìn)行干噴濕紡，發(fā)現(xiàn)捏合溶解制備的紡絲液可實(shí)現(xiàn)較高倍數(shù)的噴頭拉伸和水浴拉伸，結(jié)合同步輻射WAXD和雙折射、力學(xué)性能測(cè)試、動(dòng)態(tài)熱力學(xué)分析(DMA)等測(cè)試方法對(duì)比分析了兩種方

3、法制備的聚丙烯腈纖維超分子結(jié)構(gòu)和性能，發(fā)現(xiàn)捏合溶解、紡絲得到的纖維結(jié)構(gòu)更為規(guī)整，力學(xué)性能更優(yōu)。兩種溶解方式紡絲制備的纖維均只出現(xiàn)了一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，且捏合溶解紡絲的纖維較高，這是由于其非晶區(qū)大分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力較小。
　　 其次研究了捏合紡絲時(shí)沿紡程聚丙烯腈纖維結(jié)構(gòu)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沿紡程結(jié)晶取向增大，(100)晶面晶粒尺寸先減小后增大，這是導(dǎo)致纖維斷裂強(qiáng)度提高，但初始模量先減小后增大的原因。沿紡程纖維玻璃化轉(zhuǎn)變溫度先減小后不變，這

4、是由于無定形區(qū)域大分子鏈纏結(jié)程度減小，運(yùn)動(dòng)能力增大。
　　 隨后研究了捏合溶解紡絲中沸水拉伸倍數(shù)對(duì)聚丙烯腈纖維結(jié)構(gòu)及性能的影響。WAXD研究表明纖維中隨沸水拉伸倍數(shù)增大，纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)完善，這也是導(dǎo)致其力學(xué)性能提高的原因;沸水拉伸前后的纖維都出現(xiàn)了一個(gè)單獨(dú)的但峰形很寬的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，經(jīng)過沸水拉伸后，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向高溫移動(dòng)，但沸水拉伸倍數(shù)對(duì)其影響不大。
　　 最后研究了捏合紡絲中后拉伸速率及倍數(shù)對(duì)聚丙烯腈纖維結(jié)構(gòu)和性能的

5、影響。纖維在制備過程中經(jīng)過凝固、預(yù)拉伸、沸水拉伸之后，仍然殘留4.38wt％的溶劑，這為再次以沸水為介質(zhì)后拉伸提供了一定的塑化作用。通過對(duì)后拉伸過程中絲條上張力分析表明隨著拉伸速率的增大絲條上所受的張力增大，這導(dǎo)致纖維纖度相同但隨拉伸速率增大結(jié)構(gòu)更為完善，經(jīng)后拉伸分子鏈沿纖維軸向形了一定的有序排列且隨拉伸速率增大有序程度提高，力學(xué)性能提高，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度呈增大趨勢(shì);隨后拉伸倍數(shù)增大，纖維的結(jié)晶更加完善，力學(xué)性能提高，其斷裂強(qiáng)度最高達(dá)到4