聚丙烯腈纖維徑向結(jié)構(gòu)生成及其與凝固擴(kuò)散過程的相關(guān)性.pdf

1、前人的研究表明，碳纖維結(jié)構(gòu)在其徑向上具有一定的分布規(guī)律，即存在著具有明顯的從皮層與芯部的過渡，這種結(jié)構(gòu)上的不均勻性對(duì)于纖維力學(xué)性能有著重要的影響。而從結(jié)構(gòu)遺傳的角度而言，碳纖維徑向結(jié)構(gòu)的不均勻性是由聚丙烯腈(PAN)原絲經(jīng)預(yù)氧化碳化過程演變而來，因此，聚丙烯腈原絲的徑向結(jié)構(gòu)分布就成為碳纖維徑向結(jié)構(gòu)的根源。通過分析PAN纖維的成纖機(jī)理，可知在凝固成型過程中的雙擴(kuò)散作用是形成其徑向結(jié)構(gòu)差異的根本原因，因此凝固成型階段對(duì)PAN纖維徑向結(jié)構(gòu)的生

2、成有著決定性的影響。
　　本論文采用掃描電子顯微鏡(SEM)、電子探針(EPMA)、微束廣角X射線衍射(WAXD)、微區(qū)拉曼光譜(Raman)以及納米紅外(NanoIR)等手段，分別從形貌結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)以及分子鏈結(jié)構(gòu)三個(gè)不同的尺寸維度對(duì)PAN纖維的徑向結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有效表征，建立了沿纖維徑向多級(jí)結(jié)構(gòu)的表征體系。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)凝固擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的研究，探明了PAN纖維徑向結(jié)構(gòu)分布與雙擴(kuò)散機(jī)制的關(guān)聯(lián)，同時(shí)揭示了影響雙擴(kuò)散的各因素，如凝固

3、浴溫度、濃度等外場(chǎng)條件對(duì)纖維徑向結(jié)構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明:
　　(1)通過建立的一系列PAN纖維徑向結(jié)構(gòu)的表征方法相互證明了各自對(duì)纖維不同尺寸維度下的徑向結(jié)構(gòu)差異表征的合理性，揭示了纖維徑向結(jié)構(gòu)分布規(guī)律，獲得了纖維徑向結(jié)構(gòu)分布模型，即皮層致密化程度高，結(jié)晶性好，晶區(qū)保留較高的取向度，分子鏈堆疊緊密、規(guī)整，螺旋構(gòu)象占主導(dǎo);而芯部相對(duì)致密化程度低，結(jié)晶性較差，晶區(qū)取向相對(duì)小，分子鏈呈雜亂纏結(jié)，規(guī)整性差，其中，平面鋸齒構(gòu)象的比例更大。<

4、br>　　(2)濕紡中凝固成型階段對(duì)PAN纖維的徑向結(jié)構(gòu)有著決定性的影響，而凝固浴濃度和溫度是控制其徑向結(jié)構(gòu)分布的主要因素。凝固浴濃度增加，纖維徑向結(jié)構(gòu)的分布梯度減小，而凝固浴溫度的升高也具有同樣的效果。
　　(3)擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式采用由Fick第二定律推出的Qian Baojun模型，并運(yùn)用高錳酸鉀返滴定法分別計(jì)算溶劑二甲基亞砜和凝固劑水的擴(kuò)散系數(shù)。發(fā)現(xiàn)隨著凝固浴溫度和凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)增大，即凝固擴(kuò)散越劇烈。而從纖維徑向