dmso法聚丙烯腈基碳纤维原丝截面形状形成条件的研究

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1、DMS0法聚丙烯腈基碳纤维原丝截面形状形成条件的研究摘要聚丙烯腈(PAN)基碳纤维是各种碳纤维中产量最高的一种。优质原丝是制取高性能碳纤维的基础，原丝的质量直接影响到最终产品碳纤维的性能。实践证明，二甲基亚砜(DMSo)原丝法易得到高性能PAN原丝，是制备PAN原丝的重要方法之一。纤维结构形态的均匀性是高性能PAN原丝的重要条件之一，其中重要的宏观表现为原丝的截面。均匀性好的PAN原丝不仅微观结构均～，而且截面应为圆形。原丝截面越趋向圆形，预氧化和碳化时，纤维径向越不容易产生应力和放热集中，所得碳纤维的力

2、学性能就越优异。原丝的截面形状受纤维凝固成形条件影响很大，对PAN原丝截面形状形成机制进行系统的研究具有重要的理论和实践意义。本文以DMSO为溶剂，采用湿法和干湿法纺丝研究PAN纤维的截面形状形成机制。研究结果表明：(1)DMSO法制备PAN纤维中，凝固成形是纤维截面形态形成的决定过程。初生纤维离开凝固浴后，其截面形状基本固定，原液挤出、水洗、拉伸和干燥过程中纤维截面形状变化很小，这说明凝固条件是决定纤维截面形态的最重要因素。其中，凝固浴浓度和温度，对纤维截面形状影响最为显著。(2)随着凝固浴浓度的增大，

3、纤维截面形状由椭圆形或肾形逐渐变为圆形，截面异形度先增大后减小。高的凝固浴浓度不仅有利于得到圆形截面的PAN纤维，而且内部结构致密均匀；较低的凝固浴浓度所得的纤维内部有较大的孔洞和毛细孔。(3)在其它的凝固条件相同的时，随着凝固浴温度的升高，纤维截面形状也由椭圆形或肾形逐渐变为的圆形，截面的异形度随着温度的升高逐渐减小。对湿法纺丝，凝固浴浓度为70％，凝固浴温度->-35℃时，得到圆形截面的PAN纤维。当凝固浴浓度在一定范围，如55．70％时，不同凝固浴浓度对应一个凝固浴温度下限值，该下限温度以上都可得到

4、圆形截面纤维，凝固浴浓度越低时，此下限温度越高；采用干湿法纺丝时，此下限值比采用湿法纺丝时低。(4)干湿法纺丝中，空气层高度对纤维的截面形态有一定的影响。随着空气层高度的增大，纤维截面的异形度不断减小，当空气层高度达10mm以上时，纤维的截面形状不再变化。(5)发现了3个DMSO法制备圆形截面PAN原丝的加工窗口。对于湿法和干湿法：较高的凝固浴浓度和较高的凝固浴温度有利于形成圆形截面的PAN原丝；对于干湿法：很低的凝固浴浓度也可得到圆形截面的原丝。关键词：碳纤维，聚丙烯腈(PAN)原丝，截面形状，湿法，干

5、湿法，凝固条件STUDYONTHECRoSS．SECTIoNFoRMINGCoNDITIoNoFPoLYACRYLoNITRILEPRECURSoRFoRCARBoNFIBERINDIMETHYLSULFoXIDEABSTRACTCarbonfibers(CF)hasdistinguishedpropertiesSOthatithasbeenwidelyusedinmanyfields，especiallyinhi-techarea．Thequalityofprecursorsplaysanimporta

6、ntroleinthestructuresandpropertiesofcarbonfiber．Today,carbonfiberscanbeproducedfromvariousprecursors．Amongthem，PANprecursorisanimportantprecursorduetoitsexcellentpropertiessuchashighcarbonyield，highstrengthandmodulus，especiallywhenitismadebydry-jetwetspin

7、ningusingDMSOasthesolvent．Thephysicalandmechanicalpropertiesofthecarbonfiberdependlargelyontheshapeandstructureofitsprecursor．Thus，theprecursor’Sshapeisofgreatimportanceforthefurthertreatmentintothecarbonfiberandpossibleapplications．However,itisdifficultt

8、oobtainPANprecursorswithroundcross-sectionsandhomogeneousdensestructureduetoprocessingproblem．Inqualitativeterms，itisthemagnitudeoftheoverallmaterialtransferbetweenfiberandcoagulationbathduringtheformationprocessofw