聚丙烯腈纤维的结构分析

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1、山东大学硕士学位论文摘要本文以透射电子显微镜(TEM)为主要手段，并借助扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热(DSC)分析仪、傅立叶红外吸收光谱(FTIR)等测试技术系统地研究了聚丙烯腈原丝聚合及纺丝的合成工艺和组织结构性能。原丝的聚合过程也遵循自由基聚合机理，由四个阶段组成，分别为：链引发、链增长、链终止和链转移。在聚合温度为60。C时，得到纺丝液的相对分子质量和转化率都较适中。在纺丝过程中，探索出了最佳的纺丝条件：预牵傅倍数倍数越大，所得到的纤维的取向度和结晶度并不一定越大，而是有～个最佳值，发

2、现在7倍左右，蒸汽牵伸的倍数也不能过大，本实验控制在1．6左右，同时蒸汽的温度在160～180。c／j‘能保证高性能的原丝生产，原丝在蒸汽中停留的时间不小于15s。原丝聚集态结构单元由里向外有三层组成：外表是一层极薄的、密实的皮膜，皮膜内部是柱状的皮层，再向里是芯层。在皮层中，微晶较小，大分子链熠叠排列，并且具有横向有序的熠叠链片晶，并具有高的取向度，而芯层结构较疏散，微晶杂乱无章且较粗大。在聚丙烯腈湿纺原丝过程中，利用正交实验，选取计量泵的转速、凝固浴的温度、负牵伸倍数以及蒸汽牵伸的倍数四个参数作为考察对象，得出影响原丝性能的最显著因素是蒸汽牵

3、伸的倍数，其次是负牵伸。利用正交实验的结果，适当的调节蒸汽牵伸倍数纺出了强度为6．5～7．0cN／dtex，纤度为1．1～1．3dtex的原丝。对日本原丝及碳纤维和国内原丝及碳纤维的结构形态进行比较，可以得出结论：低杂化、致密化、细旦化、细晶化是制备高性能原丝的前提。国产碳纤维截面呈腰子形，断口纹理大且不规则，结构疏松，表面和断面上存在机械划伤、内部空洞、微裂纹、表面沉积物、内部包含物等多种缺陷。原丝的结构缺陷如并丝、划伤等，经过预氧化、炭化遗传到碳纤维上，由此导致碳纤维性能低劣。通过观察不同预氧化时间不同的原丝试样在红外光谱图上各个吸收峰的吸收

4、位置和吸收强度，发现聚丙烯腈原丝主要进行形态结构的重排，首先在无定形区引发环化反应，然后增长反应至有序区，最终形成耐热的梯形环化结构。通过XRD发现：随着预氧化温度的提高，PAN纤维在2o=17。(对应着(001)面)处的固有衍射峰强度明显减弱，半峰宽增大，同时2e=29。(对应着(011)面)处有序区的另一个特征峰逐渐消失，在250℃左右时纤维结构变化开始剧烈，20=25。(对应着(002)面)左右出现一个新的，较宽的模糊衍射峰。注重讨论了丙烯酸甲酯对聚丙烯腈原丝和预氧丝的结构和性能的作用，结果表明：随着丙烯酸甲酯含量的增加，最后所得到纺丝液的

5、粘均分子量、囿含量、特性粘度以及转化率都在提高，但MA达到一值后，又降低。MA组分并不是激活而是阻碍环化，与IA促进环化是矛盾的。T山东大学硕士学位论文MA的含量为3～4wt％时的配比是最有利于环化和促进稳定的临界浓度。关键词：NN烯腈，原丝，碳纤维，结构。山东大学硕士学位论文ABSTRACTInthispaper,solutioncopolymerizationandspinningprocessandthestructureofpolyacrylonitrileweresystemicallystudiedbymeansoftransmiss

6、ionelectronmicroscopy(TEM)，alsobymeansofscanningelectronmicroscop“SEM)，electronprobemicroanalysis(EPMA)，X—raydiffraction(XRD)，differentialscanningcalorimetry(DSC)，Fouriertransforminfraredspectroscopy(FTIR)．Thesolutioncopolymerizationprocess，whichfollowedflee-radicalcopolymeri

7、ngmechanism，wasdividedintofourstages：chaininitiation，chainpropagation，chainterminationandchaintransferreaction．ThelimitingmolecularweightofPANandconversionratiowel"ewellsuitedforwhenthecopolymefizationtemperaturewasabout60。C．TheproperdrawingratioWasabout7，thesteamstretchratio

8、wasabout1．6，thetimethattheprecursorsstayedinthesteamWasabove15second