聚丙烯腈初生纖維和原絲原纖結(jié)構(gòu)探究.pdf

1、濕法紡絲和干噴濕紡是制備聚丙烯腈基碳纖維的重要工藝，聚丙烯腈紡絲原液的凝固成形過程以及初生纖維的結(jié)構(gòu)，對原絲、預(yù)氧化纖維、最終碳纖維的性能具有重要影響，研究第一凝固浴中初生纖維結(jié)構(gòu)形成機制具有重要意義。
　　首先，本文探究了韌性斷裂和低溫脆斷對初生纖維橫截面形貌的影響，結(jié)果表明低溫脆斷能夠保留初生纖維內(nèi)部形貌。分別用水洗、乙醇洗、丙酮洗后自然干燥和冷凍干燥機對初生纖維進(jìn)行干燥處理，觀察初生纖維表面和斷面形貌圖可知這些處理方法都能有

2、效保留初生纖維的形貌。經(jīng)紅外光譜、TG/DSC可知不同處理方式對于初生纖維的結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性能沒有影響，對比不同處理方式初生纖維的結(jié)晶性能可知溶劑分子和PAN分子鏈結(jié)合力越強結(jié)晶性能越好。
　　其次，為探究干噴濕紡初生纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對不同分子量的初生纖維進(jìn)行超聲刻蝕，發(fā)現(xiàn)隨分子量變大，刻蝕液濃度增大，纖維表面由三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)向微原纖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，初生纖維的皮層結(jié)構(gòu)變得致密;超聲刻蝕不同固含量的初生纖維，刻蝕液的濃度隨固含量升高而增大，皮

3、層變化與分子量變化規(guī)律相似;通過比較不同牽伸比的初生纖維可知，結(jié)晶性能隨牽伸比增大而升高，觀察斷面結(jié)構(gòu)可知初生纖維直徑隨牽伸比增加而減小，初生纖維斷面上有較多的孔存在，在徑向上表現(xiàn)為無取向的三維空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，沿軸向初生纖維結(jié)構(gòu)有一定取向;刻蝕不同空氣層高度的初生纖維可知隨著空氣層高度增加，纖維形成的皮層變得更加致密，空氣層高度變大纖維表面變得難以刻蝕。空氣層高度為5～8mm時，初生纖維的結(jié)晶性能較好;分析不同空氣層高度初生纖維的熱力學(xué)

4、性能可知，環(huán)化反應(yīng)和氧化反應(yīng)進(jìn)行激烈的熱力學(xué)溫度沒有較大變化。為驗證初生纖維的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，對初生纖維進(jìn)行超薄切片處理，通過橫截面和縱截面微孔分布可知初生纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，徑向上為無取向分布的三維空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，存在致密皮層;纖維在軸向上有密密麻麻排列有序的層狀結(jié)構(gòu)，取向明顯，經(jīng)刻蝕后可看到PAN高分子鏈團(tuán)連接的層狀結(jié)構(gòu)。
　　另外，分別對濕法紡絲和干噴濕紡第一凝固浴中纖維絲條進(jìn)行研究，第一凝固浴中各段纖維表面均有較多溝槽結(jié)構(gòu)，

5、濕法紡絲斷面為腰子形，濕法紡絲和干噴濕紡各段纖維斷面呈現(xiàn)出三維空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu);干噴濕紡第一凝固浴中各段纖維的結(jié)晶性能無規(guī)律變化，濕紡第一凝固浴中各段纖維的結(jié)晶性能隨噴絲口距離增加有所下降，這是由第一凝固浴中的雙擴散決定的;濕法紡絲和干噴濕紡第一凝固浴中各段纖維化學(xué)基團(tuán)無變化，濕法紡絲中纖維的平均斷裂伸長率高于干噴濕紡，平均斷裂強度低于干噴濕紡。
　　最后，分別對濕法紡絲和干噴濕紡得到的PAN原絲進(jìn)行超聲刻蝕處理，當(dāng)刻蝕時間6h，觀