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)用于各個領(lǐng)域,聚丙烯腈(PAN)基碳纖維由于具有多種優(yōu)勢從而迅速成為當(dāng)今碳纖維工業(yè)生產(chǎn)中的重要品種之一。但是我國PAN基碳纖維質(zhì)量與國外差距巨大,主要是因為PAN原絲質(zhì)量不過關(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、干濕法紡絲過程中PAN原絲凝固過程對形貌結(jié)構(gòu)的形成和演變機理及其對性能的影響,才能更好地預(yù)測纖維的結(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:采用梯級凝固成型的方法研究了PAN原絲成型過程中的熱力學(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)的特點及其對

3、原絲物理機械性能的關(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PAN原絲結(jié)構(gòu)與性能的影響;
　　第二部:分通過研究紡絲成型條件及后續(xù)工藝對原絲微孔的影響,闡述了原絲孔隙形成的機理,并進(jìn)一步解釋了后續(xù)工藝對原絲內(nèi)開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。用組分測定的方法分析了其成型熱力學(xué)路徑,同時分析了PAN原絲的截面形貌、皮芯結(jié)構(gòu)的特點及其對物理機械性能的影響,用相圖分析的方法證明,梯級凝固成型路線是較優(yōu)的熱力學(xué)路線。在第四章采用實驗方法研究了梯級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,原絲內(nèi)閉孔和開孔分別在拉伸和干燥致密化后大量閉合和消失。
　　本論文