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湿纺工艺制备聚丙烯腈基中空纤维成形机理研究

作　者: 瓮龙明
导　师: 徐樑华
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 湿法纺丝工艺 PAN基中空纤维挤出胀大表层成膜凝固调节剂
分类号: TQ342.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文研究采用C型喷丝板的湿法工艺制备聚丙烯腈(PAN)基中空纤维的成形机理,主要分为四部分内容：第一,聚丙烯腈(PAN)基中空纤维湿法制备技术研究。第二,聚丙烯腈(PAN)基中空纤维纺丝溶液经挤出胀大成孔的机理研究。第三,聚丙烯腈(PAN)基中空纤维纺丝溶液在凝固过程成形的机理研究,其中研究包括聚丙烯腈(PAN)纺丝溶液表层成膜对中空纤维成形的影响。第四,成膜速率凝固调节剂对聚丙烯腈(PAN)基中空纤维成形过程的调控,其中包含调节剂在凝固浴体系中的作用机理研究。通过流变学测试对聚丙烯腈(PAN)基中空纤维纺丝溶液的粘弹性进行了分析,创新地设定纺丝溶液经C型喷丝板的挤出胀大变化程度的表征——挤出胀大比；通过浊点滴定实验成功模拟纺丝液细流凝固过程中的相分离,并绘制出PAN-DMSO-H2O三元相图,这对纺丝溶液在凝固过程中表层成膜的研究有着重要意义；通过紫外光谱测试调节剂在凝固过程中的作用机理；并通过光学显微镜观察中空纤维的成形情况,用以配合机理的研究。结果表明：随剪切速率的增加,PAN纺丝溶液会出现粘弹转变点(储能模量G’和损耗模量G”的交点)；粘弹转变点的出现是纺丝溶液第一法向应力差开始随剪切速率的增加而增长的标志点,说明挤出胀大的主控因素是弹性；而在凝固过程中,由相分离途径的延长来减缓相分离过程,使纺丝溶液表层成膜变得困难；添加调节剂后的聚合物-溶剂-非溶剂三相体系的相分离过程要比未调节剂的相分离过程更加困难,可有效减缓纺丝溶液表层成膜速度。总体而言：本论文采用C型喷丝板进行挤出凝固,用湿法纺丝工艺制备聚丙烯腈中空纤维,研究不同剪切速率下纺丝液挤出胀大与纺丝液粘弹性；凝固浴中聚合物、溶剂、非溶剂三者的相分离途径与纤维表层成膜速率的关系,揭示湿法工艺下PAN中空纤维空腔结构的形成机制。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章绪论  15-35
  1.1 中空纤维的研究历程  15-19
    1.1.1 中空纤维的发现—自然界里的中空纤维  15-16
    1.1.2 中空纤维性能的研究  16-18
    1.1.3 中空纤维的应用  18-19
  1.2 人造中空纤维的发展  19-21
    1.2.1 国外中空纤维的发展  19-20
    1.2.2 国内中空纤维的发展  20-21
  1.3 中空纤维的制备  21-32
    1.3.1 中空纤维的主要原料  21-22
    1.3.2 中空纤维纺丝溶液流变性研究近况  22-27
    1.3.3 中空纤维的制备工艺  27-32
  1.4 聚丙烯腈(PAN)基中空纤维的研究现状  32-33
  1.5 本课题研究的目的和意义  33-35
第二章聚丙烯腈(PAN)基中空纤维湿法制备技术研究  35-41
  2.1 湿法制备PAN基中空纤维的基本流程  35
  2.2 挤出胀大与C型喷丝板结构特征的匹配性  35-38
    2.2.1 C型喷丝板的结构特征与纺丝溶液的弧片粘结  36-37
    2.2.2 纺丝溶液的弧片粘结与中空纤维成孔  37-38
  2.3 凝固成形与PAN-DMSO-H_2O三相分离的理论研究  38-40
    2.3.1 PAN-DMSO-H_2O三相分离对凝固成形的影响  38-39
    2.3.2 凝固成形与中空纤维成孔  39-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章 PAN基中空纤维经挤出胀大成孔的机理研究  41-55
  3.1 实验部分  41-42
    3.1.1 实验原料  41
    3.1.2 测试仪器和方法  41-42
  3.2 PAN纺丝溶液的流变性能研究  42-48
    3.2.1 PAN纺丝溶液粘弹性对剪切速率的依赖性  42-43
    3.2.2 PAN纺丝溶液第一法向应力差对剪切速率的依赖性  43-45
    3.2.3 温度对PAN纺丝溶液粘弹性的影响  45-47
    3.2.4 温度对PAN纺丝溶液第一法向应力差的影响  47-48
  3.3 PAN纺丝溶液挤出胀大成孔机理的研究  48-54
    3.3.1 PAN纺丝溶液成孔对其挤出胀大的依赖性  48-51
    3.3.2 PAN纺丝溶液成孔临界挤出胀大比的确定  51-53
    3.3.3 挤出胀大在中空纤维成孔研究中的应用  53-54
  3.4 本章小结  54-55
第四章 PAN纺丝溶液表层成膜的机理研究  55-65
  4.1 实验部分  55-56
    4.1.1 实验原料  55
    4.1.2 测试仪器和方法  55-56
  4.2 PAN纺丝溶液表层成膜的机理  56-62
    4.2.1 PAN-DMSO-H_2O体系的相分离途径研究  56-61
    4.2.2 PAN纺丝溶液表层成膜的机理  61-62
  4.3 PAN纺丝溶液表层成膜时间的调控  62-63
  4.4 PAN纺丝溶液表层成膜在中空纤维成形研究中的应用  63
  4.5 本章小结  63-65
第五章成膜速率调节剂对PAN基中空纤维成形过程的调控  65-73
  5.1 实验部分  65-66
    5.1.1 实验原料  65
    5.1.2 测试仪器和方法  65-66
  5.2 调节剂在凝固体系中的作用机理  66-72
    5.2.1 调节剂对纺丝溶液表层成膜的影响机理  66-69
    5.2.2 调节剂在凝固浴体系中的作用机理  69-72
  5.3 本章小结  72-73
第六章结论  73-75
参考文献  75-77
致谢  77-79
研究成果及发表的学术论文  79-81
作者及导师简介  81
作者简介  81-82
附件  82-83

湿纺工艺制备聚丙烯腈基中空纤维成形机理研究

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