聚丙烯腈原絲凝固成形與形貌結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、碳纖維具有一系列優(yōu)異性能,已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,聚丙烯腈(PAN)基碳纖維由于具有多種優(yōu)勢(shì)從而迅速成為當(dāng)今碳纖維工業(yè)生產(chǎn)中的重要品種之一。但是我國(guó)PAN基碳纖維質(zhì)量與國(guó)外差距巨大,主要是因?yàn)镻AN原絲質(zhì)量不過(guò)關(guān)。眾所周知,高性能原絲是制備高質(zhì)量碳纖維的前提,而原絲的性能除了取決于原絲的化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶(蘊(yùn)晶)和大分子取向結(jié)構(gòu)外,還取決于纖維的形貌結(jié)構(gòu)。在纖維成型過(guò)程中,盡管其微觀組織結(jié)構(gòu)不斷演變和轉(zhuǎn)化,但所出現(xiàn)的形貌結(jié)構(gòu)的缺陷很可能一直

2、遺傳到碳纖維中,所以在紡絲過(guò)程中要盡量避免形貌結(jié)構(gòu)缺陷的引入,這樣才能制備理想的優(yōu)質(zhì)原絲。因此,只有清楚地闡明濕法、干濕法紡絲過(guò)程中PAN原絲凝固過(guò)程對(duì)形貌結(jié)構(gòu)的形成和演變機(jī)理及其對(duì)性能的影響,才能更好地預(yù)測(cè)纖維的結(jié)構(gòu)與性能,并為深入研究提供更大的空間。本論文主要分為兩大部分:
　　第一部分:采用梯級(jí)凝固成型的方法研究了PAN原絲成型過(guò)程中的熱力學(xué)途徑和原絲形貌結(jié)構(gòu)的形成,深入闡明了紡絲凝固條件控制與截面形貌、皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其對(duì)

3、原絲物理機(jī)械性能的關(guān)系,探討了PAN-DMSO-H2O體系中濕法、干濕法熱力學(xué)成型路徑對(duì)PAN原絲結(jié)構(gòu)與性能的影響;
　　第二部:分通過(guò)研究紡絲成型條件及后續(xù)工藝對(duì)原絲微孔的影響,闡述了原絲孔隙形成的機(jī)理,并進(jìn)一步解釋了后續(xù)工藝對(duì)原絲內(nèi)開(kāi)放和閉合孔隙演變的影響。通常從纖維結(jié)構(gòu)就能推斷纖維的物理性能,并確定由不同紡絲工藝條件引起的纖維性能差異。第二章和第三章分別采用濕法、干濕法進(jìn)行紡絲,通過(guò)調(diào)節(jié)紡絲凝固條件控制相分離途徑,得到了不同

4、條件下成型的原絲。用組分測(cè)定的方法分析了其成型熱力學(xué)路徑,同時(shí)分析了PAN原絲的截面形貌、皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其對(duì)物理機(jī)械性能的影響,用相圖分析的方法證明,梯級(jí)凝固成型路線是較優(yōu)的熱力學(xué)路線。在第四章采用實(shí)驗(yàn)方法研究了梯級(jí)凝固成型后的原絲中孔隙的形成和演變。研究表明原絲的孔隙主要形成在凝固成型的階段,在經(jīng)過(guò)牽伸、干燥致密化、蒸汽拉伸等階段后,原絲的孔隙呈現(xiàn)減小的趨勢(shì),原絲內(nèi)閉孔和開(kāi)孔分別在拉伸和干燥致密化后大量閉合和消失。
　　本論文