非溶剂添加剂对pandmso纺丝溶液性质和原丝结构性能的影响

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1、非溶荆添加烈对PAN,月DMSO纺丝溶渡性质和原丝结构性能的影响非溶剂添加剂对PAN／DMSO纺丝溶液性质和原丝结构性能的影响摘要碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等一系列的优异性能。作为先进复合材料的增强纤维，目前已被广泛的应用在各个领域。我国与国外的聚丙烯腈(PAN)碳纤维差距巨大，特别是高性能PAN原丝方面的工作还比较欠缺，原丝质量已经成为阻碍国内高性能碳纤维发展的瓶颈。在膜科学中，为了制备不同性能的膜材料，常常会添加无机物，有机小分子或者聚合物，这样可以调节聚合物溶液的凝固行为，进而可以控制膜结构。添加剂与溶剂、非溶

2、剂还有聚合物会产生不同的作用，可以调整分相的时间。在纤维成形中关于这方面的报道很少。本实验主要采用通过在溶剂中加入非溶剂方法，采用干湿法纺丝工艺，研究非溶剂添加剂对纺丝溶液性质、纤维成形机理及质量的影响。获得的主要结论如下：对于PAN／DMSO／NSA三元体系溶液性质的研究表明：非溶剂添加剂的加入会同时改变PAN纺丝溶液体系的热力学性质和纺丝溶液中PAN分子的构象。表现为随非溶剂含量的增加，混合溶剂中PAN的特性粘数降低，即混合溶剂中PAN分子的构象也由舒展状态逐渐的收缩。另外体系流变学性质的研究结果显示：非溶剂添加剂的加入虽然东

3、华大学硕士学位论文非镕剂添加剂对PAN／DMSO纺丝溶液性质和原丝结构性能的影响没有改变体系非牛顿流体的切力变稀的性质，但是却使得体系的一些流变学性质发生变化，主要表现在：在较低的剪切速率下随着加H20量的增加流变曲线先是下移然后上移；在较高的剪切速率下流变曲线基本上是重合的。溶液粘度随加H。O量的增加先是降低然后又上升，粘度有极小值出现。并且随着温度的升高极小值发生偏移。另外，随着加水量的增加，体系的粘流活化能增加，非牛顿指数减小，结构粘度指数增加。可纺性实验的研究表明对于湿法纺丝而言，凝固浴条件对可纺性(以V。表示)有很大的影

4、响，较高的凝固浴浓度及低的凝固浴温度都会使纺丝难以进行。而对于干湿纺，可纺性几乎不受凝固浴条件的影响。干湿法纺丝的V．．比湿法纺丝要大的多，但是V。随空气层高度的加大急剧下降，因此发展高速纺丝时需要用小的空气层高度，否则将造成细流的不稳定，使纺丝难于进行。纺丝液中加入少量的非溶剂添加剂会使原液的质量变差，从而导致可纺性随着非溶剂添加剂量的增加而降低。纺丝液温度的提高使纺丝液的结构粘度指数降低从而有利于可纺性的提高，但是纺丝温度过高又会增加毛细管断裂的可能性从而又使纺丝液的可纺性降低。因此纺丝液的温度并不是越高越好。此外NSA的加入

5、会使可纺性对温度的敏感性增大，即随温度变化非常明显，因此在纺丝过程中要严格保持温度的恒定，以免导致纺丝不稳定现象的出现。综合上述因素本实验条件下得到：对于20wt％的PAND／MSO纺丝V东华大学硕士学位论文非溶剂添加剂对PAN／DMSO纺丝溶液性质和原丝结构性能的影响原液最佳的纺丝温度是70"C，空气层高度是30ngn。在上述工作的基础上，提出了描述添加非溶剂聚合物纤维成形过程的机理，阐述了NSA对纺丝液初始状态、小分子传质和高分子流度的影响以及相互之间的竞争对纤维结构的影响。加入NSA首先会改变纺丝液组成的初始状态，初始状态的

6、改变将影响小分子物质的传质交换动力学、相分离和固化动力学，这三个动态过程都与高分子的行为有关并相互影响，竞争的最终结果将决定纤维的最终结构。关键词碳纤维，聚丙烯腈原丝，非溶剂添加剂，流变学性质，可纺性VI东华大学硕士学位论文非溶剂添加剂对PAN／DMSO纺丝溶液性质和原丝结构性能的影响THEEFFECTOFNoN．SOLVE】NTADDITIVEoNTHEPROPERTIESOFR≮N仍MSOSOLUTIONANDTHEPEIⅫORMANCEOFR气NPRECURSORABSTRACTDuetoitsaseriesofhi曲per

7、formance，suchashighstrength，hi曲modulus，heat—resistant，erosion·resistantete．Carbonfiber(CF)isanadvancedmaterialusedwidelyinallkindsoffields．However,therearelargegapsinthepropertiesandproductionofpolyacrylonitrile(P删-basedcarbonfiberbydomesticandforeigncountries．PANprec

8、ursorshavebeenthekeyfactorforproducingcarbonfibers．Inthemembranescience，someadditivessuchasmineral，organicsmallmoleculeandpo