聚丙烯腈凝膠化轉(zhuǎn)變及凝膠性質(zhì)的研究.pdf

1、聚丙烯腈被廣泛用于紡織和碳纖維制造中，由于其熔點(diǎn)較高，升溫達(dá)到熔融溫度前就已分解，因此實(shí)驗(yàn)室研究及工業(yè)生產(chǎn)主要采用溶液濕法紡絲。在濕法紡絲過(guò)程中，PAN紡絲原液從噴頭進(jìn)入凝固浴，由于濃度差異，紡絲原液與凝固液之間發(fā)生雙擴(kuò)散，此過(guò)程中伴隨 PAN溶液的凝膠化和相分離。該過(guò)程中 PAN凝膠和固體性質(zhì)的變化直接決定PAN原絲和后續(xù)碳纖維的質(zhì)量和性能。為此，對(duì)PAN溶液流變性質(zhì)及凝膠化行為的研究將變得非常重要。本文從制備一定分子量 PAN聚合物

2、出發(fā)，采用流變學(xué)方法跟蹤研究不同條件下 PAN-DMSO-H2O體系的流變學(xué)性質(zhì)及對(duì)應(yīng)的凝膠化行為。
　　首先，采用自由基溶液聚合，通過(guò)調(diào)節(jié)引發(fā)劑用量、聚合溫度、聚合時(shí)間等手段，得到目標(biāo)分子量和分子量分布適中的AN/IA共聚物。接著以合成的PAN聚合物為原料，配制不同組分含量的PAN溶液，根據(jù)流變學(xué)原理研究了 PAN濃度、非溶劑H2O含量對(duì) PAN-DMSO-H2O體系流變性質(zhì)及凝膠化行為的影響，并對(duì) PAN體系凝膠形成原因及凝膠

3、結(jié)構(gòu)做了簡(jiǎn)要分析。最后研究了溫度、溶劑、PAN分子量等常見(jiàn)且重要的因素對(duì) PAN溶液凝膠化行為的影響，初步得出這些因素對(duì) PAN凝膠化行為影響的規(guī)律。
　　研究表明：隨著PAN濃度增大或 H2O含量增多，PAN-DMSO-H2O溶液的非牛頓性突顯出來(lái)，并出現(xiàn)明顯的剪切變稀現(xiàn)象。增加 PAN或 H2O濃度均對(duì) PAN溶液的凝膠化起促進(jìn)作用，PAN溶液在較高溫度即可發(fā)生凝膠化；但兩者對(duì)于PAN凝膠結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的效果相反，PAN濃度增加導(dǎo)

4、致臨界凝膠點(diǎn)處凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)，增加H2O含量作用則相反。此外，在不高于臨界凝膠溫度時(shí)，溫度越低 PAN體系形成凝膠所需時(shí)間越短，即凝膠越易形成，此時(shí)對(duì)應(yīng)的凝膠強(qiáng)度亦較大；與DMF比較, DMSO對(duì)PAN溶解能力較強(qiáng)，因此其它條件相同時(shí)，以 DMSO為溶劑的PAN溶液不易產(chǎn)生凝膠化；PAN分子量越大，PAN-DMSO-H2O體系中 PAN分子鏈纏結(jié)越多，導(dǎo)致體系更易形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。此外，通過(guò) Arrhenius方程和時(shí)溫等效原理對(duì)PAN體系凝