聚丙烯腈基碳纖維原絲濕紡成型機理研究及模擬.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)基碳纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于化工、機械、航空等方面。
　　 我國的聚丙烯腈基碳纖維質(zhì)量與國外相比差距巨大，原絲品質(zhì)是其瓶頸。由于原絲、碳纖維等核心技術(shù)形成專利，文獻報道不多，因此闡明原絲成型機理對于從根本上提高我國聚丙烯腈基碳纖維的質(zhì)量具有重大意義。
　　 本文對紡絲原液在孔道中，液流脹大區(qū)以及凝固浴中單軸拉伸流動的流體力學進行研究，得到了紡絲原液在孔道中剪切速度，剪

2、切應(yīng)力以及剪切力在徑向的分布；利用本構(gòu)方程對牛頓流體和非牛頓流體進行建模并求解，得到紡程上絲條拉伸速度及加速度的分布。
　　 研究高聚物溶液在凝固浴中的相分離行為對于了解纖維的成型機理十分必要而相圖是研究這一過程的有效工具，本文在計算PAN/DMSO/H2O三元體系相互作用參數(shù)的基礎(chǔ)上做出了PAN/DMSO/H20三元體系相圖。
　　 凝固浴中發(fā)生的溶劑和非溶劑的雙擴散是PAN原絲凝固成型的重要過程，因此研究這一過程有重

3、要意義。本文基于Fick雙擴散模型研究了PAN原絲在凝固浴中的固化過程以及該過程對絲條流體動力學的影響。通過對雙擴散模型求解得到了絲條中凝固劑的分布，并進一步得出“皮-芯”結(jié)構(gòu)中皮層的增長與絲條截面上的凝固劑平均濃度成很好的線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上與實驗數(shù)據(jù)對照，建立了“皮-芯”結(jié)構(gòu)濕法紡絲流體動力學模型。該模型指出，通過降低噴絲頭附近的凝固浴濃度可以提高皮層形成速度，從而提高紡絲速度；在紡絲速度不變的情況下，雙擴散速度降低會導致PAN濕紡