DMSO法聚丙烯腈基碳纖維原絲截面形狀形成條件的研究.pdf

1、聚丙烯腈（PAN）基碳纖維是各種碳纖維中產(chǎn)量最高的一種。優(yōu)質(zhì)原絲是制取高性能碳纖維的基礎(chǔ)，原絲的質(zhì)量直接影響到最終產(chǎn)品碳纖維的性能。實踐證明，二甲基亞砜（DMSO）原絲法易得到高性能PAN原絲，是制備PAN原絲的重要方法之一。 纖維結(jié)構(gòu)形態(tài)的均勻性是高性能PAN原絲的重要條件之一，其中重要的宏觀表現(xiàn)為原絲的截面。均勻性好的PAN原絲不僅微觀結(jié)構(gòu)均一，而且截面應(yīng)為圓形。原絲截面越趨向圓形，預(yù)氧化和碳化時，纖維徑向越不容易產(chǎn)生應(yīng)力和

2、放熱集中，所得碳纖維的力學(xué)性能就越優(yōu)異。原絲的截面形狀受纖維凝固成形條件影響很大，對PAN原絲截面形狀形成機制進(jìn)行系統(tǒng)的研究具有重要的理論和實踐意義。 本文以DMSO為溶劑，采用濕法和干濕法紡絲研究PAN纖維的截面形狀形成機制。研究結(jié)果表明： （1） DMSO法制備PAN纖維中，凝固成形是纖維截面形態(tài)形成的決定過程。初生纖維離開凝固浴后，其截面形狀基本固定，原液擠出、水洗、拉伸和干燥過程中纖維截面形狀變化很小，這說明凝固

3、條件是決定纖維截面形態(tài)的最重要因素。其中，凝固浴濃度和溫度，對纖維截面形狀影響最為顯著。 （2）隨著凝固浴濃度的增大，纖維截面形狀由橢圓形或腎形逐漸變?yōu)閳A形，截面異形度先增大后減小。高的凝固浴濃度不僅有利于得到圓形截面的PAN纖維，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密均勻；較低的凝固浴濃度所得的纖維內(nèi)部有較大的孔洞和毛細(xì)孔。 （3）在其它的凝固條件相同的時，隨著凝固浴溫度的升高，纖維截面形狀也由橢圓形或腎形逐漸變?yōu)榈膱A形，截面的異形度隨著溫

4、度的升高逐漸減小。對濕法紡絲，凝固浴濃度為70％，凝固浴溫度≧35℃時，得到圓形截面的PAN纖維。當(dāng)凝固浴濃度在一定范圍，如55—70％時，不同凝固浴濃度對應(yīng)一個凝固浴溫度下限值，該下限溫度以上都可得到圓形截面纖維，凝固浴濃度越低時，此下限溫度越高；采用干濕法紡絲時，此下限值比采用濕法紡絲時低。 （4）干濕法紡絲中，空氣層高度對纖維的截面形態(tài)有一定的影響。隨著空氣層高度的增大，纖維截面的異形度不斷減小，當(dāng)空氣層高度達(dá)10mm以上