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超高分子量聚丙烯腈纺丝原液的流变行为研究

作　者: 印黔黔
导　师: 潘鼎
学　校: 东华大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 超高分子量聚丙烯腈纺丝溶液拉伸流变剪切流变
分类号: TQ340.64
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等一系列优异的性能,目前已被广泛的应用在各个领域。聚丙烯腈纤维是一种最适宜和广泛应用的用于制造高性能碳纤维的原丝之一。但目前国内制得的纺丝原液不仅拉伸性能不好,而且制得的聚丙烯腈原丝毛丝多,这就需要我们加强对聚丙烯腈溶液以及原丝的相关研究,为我国高性能碳纤维的制备打下坚实的基础。本文在简要地介绍了聚丙烯腈溶液性质以及聚合物拉伸和剪切流变模型的基础上,着重介绍了对添加了超高分子量聚丙烯腈的聚丙烯腈纺丝原液的拉伸流变测试和剪切流变测试的研究。获得的主要成果和结论如下：首先,借助新型的表面张力断裂拉伸测试(CaBER)首次对聚丙烯腈纺丝溶液的拉伸流变性能进行了研究,结果发现添加了超高分子量聚丙烯腈的纺丝溶液在拉伸时具有明显的拉伸硬化现象；分子量以及超高分子量聚丙烯腈在溶液中的含量均对于聚丙烯腈纺丝溶液的拉伸流变性能有显著影响：随着分子量的增加或者超高分子量聚丙烯腈的含量上升,其线性转化拉伸粘度、Tr比、拉伸粘度等均增大。然后对聚丙烯腈纺丝溶液的剪切流变性能进行了测试,发现超高分子量聚丙烯腈纺丝溶液剪切时表现出切力变稀现象,温度、分子量以及超高分子量聚丙烯腈在溶液中的含量均对于聚丙烯腈纺丝溶液的剪切流变性能有显著影响：温度上升,频率增加,低含量超高分子量聚丙烯腈溶液向牛顿流体偏离,高含量超高分子量聚丙烯腈溶液没有表现出这样的力学响应。在温度较低时高剪切频率和低剪切频率的储能模量比RG,曲线为直线,温度上升,RG增大。分子量上升,剪切粘度上升,高剪切速率和低剪切速率的剪切粘度比Ra下降,储能模量和损耗模量都会升高,RG上升；超高分子量聚丙烯腈含量上升,剪切粘度上升,Ra越接近常数,储能模量和损耗模量都会升高,RG,上升。同时还发现Tr比和非牛顿指数n显示不管是拉伸流变还是剪切流变,各样品对于牛顿流体的定性偏离程度是类似的,都是随着分子量增大和超高分子量聚丙烯腈含量的增大而偏离程度增大。对超高分子量聚丙烯腈纺丝溶液的各项参数的评价,为获得在纺丝中拉伸稳定的溶液相关参数的设定提供了理论指导。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-14
第一章绪论  14-32
  1.1 引言  14
  1.2 国外聚丙烯腈基碳纤维的发展  14-15
  1.3 国内聚丙烯腈基碳纤维的发展  15
  1.4 高性能聚丙烯腈碳纤维对原丝的要求  15-17
  1.5. 用于制备碳纤维原丝的聚丙烯腈溶液  17-30
    1.5.1 聚丙烯腈和聚丙烯腈结构分析  17
    1.5.2 丙烯腈的聚合工艺  17-19
    1.5.3 关于聚合物溶液的理论知识  19-20
    1.5.4 高分子材料流变学简介  20-30
  1.6 本课题提出的意义  30
  1.7 文章章节安排  30-32
第二章超高分子量聚丙烯腈溶液的表面张力断裂拉伸流变测试  32-49
  2.1 引言  32-33
  2.2 实验部分  33-37
    2.2.1 实验材料  33
    2.2.2 聚丙烯腈溶液的配置  33-34
    2.2.3 实验仪器及拉伸流变测试方法  34-35
    2.2.4 拉伸流变测试原理  35-37
  2.3 结果与讨论  37-48
    2.3.1 溶液细流直径的变化  37-39
    2.3.2 溶液拉伸粘度变化  39-47
    2.3.3 Tr比  47-48
  2.4 本章小结  48-49
第三章超高分子量聚丙烯腈溶液的剪切流变测试  49-68
  3.1 引言  49
  3.2 实验部分  49-52
    3.2.1 实验材料  49-50
    3.2.2 聚丙烯腈溶液的配置  50
    3.2.3 实验仪器及剪切流变测试方法  50-51
    3.2.4 剪切流变测试原理  51-52
  3.3 结果与讨论  52-66
    3.3.1 稳态剪切流变测试结果分析  52-58
    3.3.2 动态剪切流变测试结果分析  58-66
  3.4 本章小结  66-68
第四章结论  68-70
  4.1 全文的主要结论  68-69
  4.2 展望全文的主要结论  69-70
参考文献  70-77

超高分子量聚丙烯腈纺丝原液的流变行为研究

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