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PAN-DMSO-水三元体系相分离和原丝成形机理的研究

作　者: 胡娟
导　师: 赵炯心
学　校: 东华大学
专　业: 纳米纤维及杂化材料
关键词: 碳纤维聚丙烯腈原丝湿法纺丝干湿法纺丝浊点滴定法三元相图
分类号: TQ342.742
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀等一系列优异性能,作为先进复合材料的增强纤维,目前己被广泛的应用在各个领域。尤其是高性能碳纤维,在建筑补强、石油工业、海洋开发、汽车工业、交通运输及体育娱乐等民用方面也用途广泛,用量相当可观。我国与国外的聚丙烯腈碳(PAN)纤维差距巨大,特别是高性能原丝方面的工作还比较欠缺,原丝质量己经成为阻碍国内高性能碳纤维发展的瓶颈。纤维的凝固成形对初生纤维及最终的PAlN原丝结构和性能有着重要的影响,目前,原丝的凝固成形机理还不明确,因此有必要对原丝的凝固成形机理进行深入的研究,这有利于对原丝的结构进行预期的控制,获得满足制备高性能碳纤维要求的原丝。无论是湿法纺丝还是干湿法纺丝,纤维在凝固成形过程中都会发生相分离,聚合物析出,纤维成形。凝固成形条件不同,相分离的途径也不同,初生纤维的形态结构和性能会有极大的差异。因此,研究PAN-DMSO-水三元体系的相分离机理具有重要的意义。本文采用浊点滴定法研究了PAN-DMSO-水三元体系的凝固成形时的相变行为,获得不同温度下的PAN-DMSO-水三元相图,指导纺丝原液的制备及凝固成形条件的设置,纺制出理想结构的PAN原丝。迄今为止,这项工作仅有少量研究文献报道,但研究均不深入。研究结果表明;浊点滴定法测定体系浊点组成,精度高,相对平均偏差小,实验简单,方法可行。当体系达到相分离时,浊点曲线上各点成分有一定线性关系且线性好(R~2>0.9936),根据该线性关系可推导出高聚合物浓度的浊点成分,成功绘制PAN-DMSO-水体系的双节线,获得不同温度下的PAN-DMSO-水三元相图。凝固浴温度、凝固浴浓度和纺丝原液组成对于纤维成形过程中相分离的途径以及成形纤维的结构性能有重要的影响,根据三相图,可调节凝固浴温度、凝固浴浓度和纺丝原液(如改变纺丝原液中的含水率)组成来控制湿法和干湿法纺丝过程中的相分离途径。湿法、干湿法纺丝是个浓缩凝固过程,PAN原丝凝固成形过程中相分离只能采取在临界点上方从起始点进入聚合物含量升高的不稳区的途径进行分相;纺丝原液组成越靠近双节线,相分离更快的发生,形成的初生纤维的结构就会越好,其力学性能也越好。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章前言  12-29
  1.1 碳纤维简介  12-13
  1.2 PAN基碳纤维发展概况  13-15
    1.2.1 国外PAN基碳纤维的发展现状  13-14
    1.2.2 国内PAN基碳纤维发展现状  14-15
  1.3 PAN基碳纤维的应用  15-16
  1.4 PAN碳纤维原丝的常用制备方法  16-19
    1.4.1 PAN碳纤维原丝的纺丝方法的选择  16-18
    1.4.2 纺丝溶剂的选择  18-19
  1.5 PAN-DMSO-水三元体系相分离机理  19-27
    1.5.1 研究PAN-DMSO-水三元体系三相图的意义  19-20
    1.5.2 浊点理论  20-21
    1.5.3 纤维成形的热力学过程的描述  21-24
    1.5.4 纤维成形的动力学过程的描述  24-25
    1.5.5 湿法、干湿法纺丝凝固成形中的相分离  25-27
  1.6 本文工作  27-29
第二章浊点滴定法确定PAN-DMSO-水三元体系的相图  29-40
  2.1 实验  29-31
    2.1.1 实验原料及规格  30
    2.1.2 实验仪器  30
    2.1.3 实验方案  30-31
  2.2 结果与讨论  31-39
    2.2.1 浊点滴定法精确度的确定  31-32
    2.2.2 滴定液范围的确定  32-33
    2.2.3 滴定液组成的选择  33-34
    2.2.4 温度对凝固值的影响  34-35
    2.2.5 线性相关性的分析  35-36
    2.2.6 不同温度下PAN-DMSO-水三元体系的相图  36-39
  2.3 小结  39-40
第三章 PAN原丝的成形和相分离的关系  40-69
  3.1 实验  40-46
    3.1.1 PAN纤维的纺制  40-44
    3.1.2 纤维的测试  44-46
  3.2 结果与讨论  46-68
    3.2.1 湿法纺丝  46-60
    3.2.2 干湿法纺丝  60-68
  3.3 小结  68-69
第四章结论  69-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间发表及待发表的论文  75-76
致谢  76

PAN-DMSO-水三元体系相分离和原丝成形机理的研究

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