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，由于其熔點較高，升溫達到熔融溫度前就已分解，因此實驗室研究及工業(yè)生產(chǎn)主要采用溶液濕法紡絲。在濕法紡絲過程中，PAN紡絲原液從噴頭進入凝固浴，由于濃度差異，紡絲原液與凝固液之間發(fā)生雙擴散，此過程中伴隨 PAN溶液的凝膠化和相分離。該過程中 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)，采用流變學方法跟蹤研究不同條件下 PAN-DMSO-H2O體系的流變學性質(zhì)及對應的凝膠化行為。
　　首先，采用自由基溶液聚合，通過調(diào)節(jié)引發(fā)劑用量、聚合溫度、聚合時間等手段，得到目標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)流變學原理研究了 PAN濃度、非溶劑H2O含量對 PAN-DMSO-H2O體系流變性質(zhì)及凝膠化行為的影響，并對 PAN體系凝膠形成原因及凝膠

3、結(jié)構(gòu)做了簡要分析。最后研究了溫度、溶劑、PAN分子量等常見且重要的因素對 PAN溶液凝膠化行為的影響，初步得出這些因素對 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，并出現(xiàn)明顯的剪切變稀現(xiàn)象。增加 PAN或 H2O濃度均對 PAN溶液的凝膠化起促進作用，PAN溶液在較高溫度即可發(fā)生凝膠化；但兩者對于PAN凝膠結(jié)構(gòu)和強度的效果相反，PAN濃度增加導

4、致臨界凝膠點處凝膠強度增強，增加H2O含量作用則相反。此外，在不高于臨界凝膠溫度時，溫度越低 PAN體系形成凝膠所需時間越短，即凝膠越易形成，此時對應的凝膠強度亦較大；與DMF比較, DMSO對PAN溶解能力較強，因此其它條件相同時，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，導致體系更易形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。此外，通過 Arrhenius方程和時溫等效原理對PAN體系凝