聚丙烯腈-室溫離子液體濃溶液的流變行為及其濕法成形工藝的研究.pdf

1、聚丙烯腈纖維是四大合成纖維之一，不僅在家紡、服用得到廣泛應(yīng)用，而且在產(chǎn)業(yè)上，特別是作為碳纖維原絲，在高科技的航天航空領(lǐng)域同樣發(fā)揮著巨大的作用。但不管是濕法還是干法紡絲，都要使用大量有毒有害或有腐蝕性的溶劑。室溫離子液體是近年來興起的一類綠色溶劑，具有不易揮發(fā)、穩(wěn)定性好、熔點范圍寬、溶解范圍廣、易分離回收等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、化工分離、化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域。本論文將離子液體應(yīng)用于聚丙烯腈紡絲加工體系，研究了聚丙烯腈/離子液體濃溶液的流變行為

2、及其濕法成形工藝，探索用離子液體作為溶劑制備聚丙烯腈纖維的技術(shù)與工藝。 首先，我們以兩步法合成BMIM-C1和BMIM-BF<,4>兩種陰離子不同的離子液體，用于聚丙烯腈的溶解。溶解實驗的結(jié)果表明在離子液體BMIM-C1中，由于氯離子半徑小，擴散快，易形成氫鍵，可以在90℃下溶解聚丙烯腈。相對而言，離子液體BMIM-BF<,4>則由于BF<'-><,4>離子半徑大，空間位阻大，擴散慢，形成氫鍵的能力弱，需要更高的溫度110℃下才

3、能溶解同樣濃度的聚丙烯腈，且溶解的速度較慢，溶解度較小。 利用HAKKE應(yīng)力控制流變儀研究了聚丙烯腈/離子液體濃溶液的流變行為。同等條件下，聚丙烯腈/離子液體濃溶液的粘度比聚丙烯腈/常規(guī)溶劑濃溶液的粘度高。流變測試的結(jié)果表明聚丙烯腈/離子液體濃溶液屬于切力變稀的非牛頓流體，且其非牛頓性指數(shù)隨著剪切速率的增大而減小，尤其是PAN/BMIM-Cl溶液，在高剪切區(qū)，非牛頓指數(shù)急劇下降，這可能是由于高剪切速率破壞了聚丙烯腈在溶解過程中形

4、成的氫鍵結(jié)構(gòu)。對于PAN/BMIM-BF<,4>濃溶液來說，隨著溶質(zhì)聚丙烯腈分子量的減小，溶液溫度的升高和溶液濃度的降低，紡絲原液的表觀粘度減小。濃度為8wt﹪和10wt﹪的PAN/BMIM-BF<,4>濃溶液的表觀粘度幾乎一樣，我們認為這是PAN/BMIM-BF<,4>溶液從亞濃溶液向濃溶液的轉(zhuǎn)變區(qū)。而PAN/BMIM-Cl濃溶液在溶質(zhì)聚丙烯腈分子量、濃度和溫度等因素的作用下表現(xiàn)出一系列特殊的流變行為，在高剪切區(qū)，較高溫度、較低濃度及

5、較小分子量條件下的溶液的表觀粘度較高，這可能是因為高剪切速率破壞了PAN/BMIM-CI濃溶液中的氫鍵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致粘度迅速下降。聚丙烯腈/離子液體濃溶液的濕法成形實驗的研究則表明直接以H<,2>O為凝固劑，凝固劑溫度為30℃，紡絲原液濃度為16wt﹪，溫度為70℃時，就能滿足聚丙烯腈的濕法成形要求，紡制成具有一定物理機械性能的聚丙烯腈纖維。隨著PAN/BMIM-C1濃溶液中聚丙烯腈濃度的增大和牽伸倍數(shù)的增加，聚丙烯腈纖維的物理機械性能都有