聚丙烯腈基碳纖維原絲在干濕法紡絲中的凝固成型機(jī)理的研究.pdf

1、聚丙烯腈(PAN)基碳纖維具有高強(qiáng)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(jī)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(xiàn)報(bào)道不多，因此闡明原絲成型機(jī)理對(duì)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。纖維科學(xué)中對(duì)聚合物溶液復(fù)合體系熱力學(xué)、對(duì)絲條組分變化過程及與纖維徑向結(jié)構(gòu)關(guān)系等研究和闡明不足，對(duì)溶劑/高聚物/非溶劑體系的成型機(jī)理研究

2、尚不充分。 本文以Fick定律為基礎(chǔ)建立了溶劑和非溶劑在纖維原絲中的徑向擴(kuò)散數(shù)學(xué)模型，得出了溶劑和非溶劑的濃度隨時(shí)間和徑向坐標(biāo)的變化規(guī)律。結(jié)果表明溶劑和非溶劑在極短的時(shí)間內(nèi)迅速擴(kuò)散出或擴(kuò)散入纖維原絲，在原絲半徑方向呈極不均勻分布；溫度能顯著改變?nèi)軇┖头侨軇┑臄U(kuò)散速率；改變紡絲液和凝固浴組分濃度，并不改變?nèi)軇┗蚍侨軇┑臐舛扰R界點(diǎn)位置，但能改變?nèi)軇┖头侨軇┭匕霃降姆植肌?紡絲液在凝固浴中發(fā)生的液—液相分離是聚丙烯腈基碳纖維原

3、絲成型的重要過程。組分間的相互作用參數(shù)對(duì)相分離有重要影響，因此研究相互作用參數(shù)就十分必要。文章建立了一個(gè)液體混合的Gibbs能變模型，并借此得出相互作用參數(shù)與組分濃度和溫度的關(guān)系式。 文章分析了纖維的固化機(jī)理，指出固化機(jī)理有三個(gè)：凍膠、結(jié)晶和玻璃化轉(zhuǎn)變，其中蘊(yùn)晶結(jié)構(gòu)對(duì)聚丙烯腈基碳纖維原絲結(jié)構(gòu)有重要影響。 文章最后綜合分析了聚丙烯腈基碳纖維原絲孔洞、皮芯結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理以及空氣層對(duì)原絲結(jié)構(gòu)的主要影響。文章指出：自然離漿、熱致