凝固张力对聚丙烯腈初生纤维凝聚态的作用机理

控制纺丝工艺中外场条件恒定,通过改变单因素凝固张力制备聚丙烯腈(PAN)初生纤维。运用X射线衍射、傅里叶变换红外、张力仪进行研究,探讨凝固张力对初生纤维凝聚态的影响,并分析其内在作用机理。结果表明,在凝固相分离过程中,凝固张力值影响着分子链构象状态和初生纤维的结晶性;随着凝固张力的增大,分子链螺旋构象成分逐渐增多,结晶度先降低后升高。外加凝固张力和内部分子链构象共同影响着初生纤维的结晶性。     

牵伸对聚丙烯腈纤维晶态结构的影响及调控

通过不同牵伸工艺制备聚丙烯腈纤维,运用X射线衍射进行表征,研究凝固浴牵伸、水浴牵伸以及沸水牵伸对纤维晶态结构的影响。结果表明,凝固过程是PAN大分子晶态结构成型的重要阶段,该阶段晶核已经基本形成。凝固浴牵伸的增大有利于分子链段由螺旋构象向锯齿构象转变,大分子链段的有序排列,结晶度和晶粒尺寸均有一定程度的提升,但折叠链段的减少不利于大分子成核过程的进行。水浴牵伸及蒸汽牵伸均有助于纤维晶态结构的完善,对分子成核影响不大。通过改变聚丙烯腈原丝制备过程中各流程的牵伸比能够实现对PAN大分子晶态结构的调控。     

聚丙烯腈基初生纤维在牵伸过程中凝聚态结构变化的研究

利用XRD和拉伸恢复率等分析聚丙烯腈初生纤维在牵伸过程中凝聚态结构的变化规律,并得到初生纤维的玻璃化转变温度Tg。水洗纤维在水中的Tg为70℃,干燥后纤维在硅油中的Tg为90℃。纤维在90℃水浴中牵伸时,伸长率小于15%时为弹性形变,大于25%时为强迫高弹性形变,纤维的结晶度、晶粒尺寸和晶区取向度在伸长率小于45%时随牵伸倍数的增加而增加。纤维在90℃硅油中牵伸时,弹性形变和强迫高弹性形变比在水中小,纤维的结晶度和晶粒尺寸减小,晶区取向度增加。说明水对纤维起增塑作用,并且分子链的滑移和排入晶格使纤维无法恢复到拉伸前长度。     

成形条件对PAN初生纤维结晶及力学性能的影响

为了制备具有良好可牵伸性能的PAN初生纤维,利用XRD、纤维强伸度仪、SEM等手段,分析了纺丝液温度、凝固浴温度和喷丝速度对初生纤维结晶和力学性能的影响。结果表明降低纺丝液温度和凝固浴温度减弱了PAN初生纤维的结晶能力,其中凝固浴温度的作用效果更为明显,结晶度的下降有利于提高初生纤维的断裂伸长率,而不会造成断裂强度的降低。加快喷丝速度能促进PAN初生纤维成形过程中的拉伸变形,有效降低了初生纤维的纤度并提高了其可牵伸性能。     

凝固浴条件对湿纺PAN初生纤维截面形状和皮芯结构的影响

借助光学显微镜及图像处理软件研究了凝固浴质量分数、温度、喷丝头牵伸倍率对湿纺PAN初生纤维截面形状和皮芯结构的影响.实验结果表明,较高的凝固浴质量分数(70%)、较高的凝固浴温度能使双扩散比较充分,所得初生纤维截面形状规整趋于圆形,并且芯部致密无孔洞.此外,随着牵伸倍率的升高,皮层厚度降低,皮芯差异增加,牵伸倍率为负牵伸是制备皮芯差异较小初生纤维的手段之一.     

湿法聚丙烯腈初生纤维表面沟槽的研究

湿法聚丙烯腈初生纤维表面存在沟槽,采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征纤维表面沟槽形态,研究了纺丝液性质和凝固成型条件对PAN初生纤维表面沟槽的影响。结果表明:随挤出速率、凝固浴浓度的增大,PAN初生纤维表面沟槽变得更加明显,表面粗糙度增大;随纺丝液温度和凝固浴温度的升高,PAN初生纤维表面沟槽变浅,表面粗糙度减小;PAN初生纤维表面粗糙度随凝固牵伸先增大后减小。     

导电聚苯胺纤维的制备与性能表征

以一种新型的双子表面活性剂6,6′-(丁基-1,4-二基双氧)双(3-壬基苯磺酸)(9BA-4-9BA)作为掺杂剂制备聚苯胺导电纤维,并与用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPSA)掺杂的聚苯胺纤维的性能进行比较,探讨了聚苯胺分子量、纺丝原液的浓度、掺杂剂种类、凝固浴、牵伸工艺对纤维形貌和导电性能的影响。研究表明,质量分数为14%的AMPSA掺杂聚苯胺的二氯乙酸溶液在丙酮凝固浴中得到的初生纤维的电导率达到1.77S/cm,而质量分数为14%9BA-4-9BA掺杂聚苯胺的二氯乙酸溶液在9BA-4-9BA/丙酮凝固浴中得到的初生纤维及1倍牵伸纤维的表面形貌光滑规整,电导率分别为0.39 S/cm和1.14 S/cm。     

用高分子量微生物纤维素制备超细高强纤维纺丝工艺的研究

微生物纤维素粉末为原料,用LiCl/DMAC作为溶剂制得纺丝液,通过喷丝及多级凝固浴凝固成型,在不同的牵伸倍数下制备超细高强度再生纤维并对其机械性能、结晶度、晶粒尺寸、形貌等进行了系统的研究。其结果表明:第一凝固浴中采用负牵伸为50%时,所得的初生纤维表面光滑、结晶度高、直径细、力学性能强;在第二凝固浴和第三凝固浴中采用总的牵伸倍数为1.16倍时,所制备的纤维综合性能较好,细度为7~8微米,断裂强度达到1.0576个GPa,大大超过了同类天然纤维的强度。     

PAN/DMSO干湿法纺丝凝固工艺的研究

初步探讨了ＰＡＮ／ＤＭＳＯ溶液干湿法纺丝凝固工艺与纤维拉伸性能的关系。并对湿法纺丝与干湿法纺丝作了比较，结果表明，干湿法纺丝所得纤维的总牵伸倍数在一定范围内随纺丝凝固浴浓度的增大而增大；对于给定的ＰＡＮ／ＤＭＳＯ纺丝液体系，存在一较佳的凝固牵伸范围，空气干层的存在使得干湿纺纤维较湿纺纤维能承受更大的牵伸倍数，但空气层长度的确定存在一合适的范围，且空气干层的存在使得干湿纺纤维较湿纺纤维能随更大的牵伸倍数，但空气层长度的确定存在一合适的范围，且空气层长度对纤维总牵伸倍数的影响受到其它纺丝凝固工艺参数的影响。扫描电镜（ＳＥＭ）的研究结果表明，湿法纺丝所得的纤维存在各种表现缺陷，其中，表面沟槽是纺丝工艺本身所致，无法消除；干湿纺纤维的表面则光洁无沟槽，初步探讨了有关表面沟槽的形成机理。     

凝固条件对PBO初生纤维孔结构及拉伸强度的影响

研究了凝固浴条件对PBO初生纤维孔结构及拉伸强度的影响。结果表明：在考察范围内,随凝固浴温度的降低、凝固浴浓度的增大,初生纤维的孔体积总量减小,孔径分布范围变窄,优势孔的孔径分布峰数量减少,初生纤维的强度增大。随着凝固牵伸倍率（2～10）的增加,孔体积减小、优势孔的孔径分布峰数量减少;但当牵伸倍率大于10倍时,总孔体积和优势孔的孔径分布峰数量开始增加;初生纤维的强度则随牵伸倍率的增大而增长。     

湿法纺聚丙烯腈原丝凝固过程的研究

为了研究丙烯腈湿法纺丝中,温度、浓度和负牵伸等凝固条件对原丝结构和性能的影响,借助扫描电镜,电子探针、元素分析仪等对初生原丝结构和性能进行了探索,结果发现：在一定范围内提高凝固浴浓度、适当降低凝固负牵伸、升高凝固浴温度,有利于获得圆形截面的纤维;升高凝固浴温度,增加凝固牵伸有利于纤维结晶度的增加。     

成纤过程对PAN纤维晶态结构的影响

聚丙烯腈(PAN)原丝的晶态结构形成与其在制备过程所经历的传热、传质及力场作用有关,采用X射线衍射、紫外光谱和万能材料试验机等研究了不同外场环境下PAN原丝的晶态结构特征。研究结果表明,低温凝固成纤以传热为主,形成的初级凝胶网络结构物理交联点多,PAN纤维结晶度较大,晶粒尺寸较小;高温凝固成纤以传质为主,凝固剂水的扩散力使得PAN纤维结晶度较小,晶粒尺寸较大。较低温度下随着牵伸倍数的增加,PAN纤维结晶度增大,但晶粒尺寸变化较小。总牵伸一定时,结晶度变化不大,但随着较高温度牵伸倍数的增大,晶粒尺寸增长明显。     

湿法纺丝过程中牵伸对聚丙烯腈原丝相转变行为的影响

通过动态机械热分析、声速法和广角X射线衍射法等分析方法研究了聚丙烯腈(PAN)原丝在受热状态下的相转变行为,并比较了不同牵伸倍率下原丝模量和相转变的差异。结果表明,牵伸的增加使得原丝分子链有序排列,导致了其储能及损耗模量的增加;同时,纤维内应力的增加,使处于热力学亚稳态的取向纤维在热场环境下模量的下降幅度较大。热环境下PAN原丝主要发生2个相转变,晶区分子链运动造成的βc相转变(110℃)和无定形区分子链运动引起的α相转变(150℃)。牵伸对βc相转变影响不大,但使α相转变所需克服的能垒增加,转变温度向高温方向偏移并逐渐消失。     

凝胶化PAN纤维的微结构特征

借助于X射线衍射仪、声速取向度测量仪、扫描电镜、小角X光散射仪等研究了凝胶化聚丙烯腈(PAN)纤维的聚集态结构和形态结构特点。结果表明,与常规高温凝固和低温凝固成型方式得到的PAN纤维相比,凝胶化凝固形成的初生纤维和原丝晶粒尺寸小,在牵伸相同的情况下,凝胶化凝固原丝取向结构最高,表明其结构对张力的响应性较好;凝胶化凝固的PAN初生纤维截面结构致密、内外均匀,表面沟槽深且均匀规则,凝胶化凝固的原丝微孔相对体积含量最小。     

魔芋葡甘聚糖/凹凸棒土复合纤维的试制及性能

采用凹凸棒土(AT)对魔芋葡甘聚糖(KGM)进行共混改性,制备了KGM/AT共混溶液,以95%的酒精为凝固浴,利用注射器模拟湿法纺丝制备了KGM/AT复合纤维,通过纤维的纵向形态结构观察初步研究了AT对KGM溶液可纺性的影响,并对纤维的力学性能、吸水性能进行了测试。结果表明,KGM/AT溶液具有一定的可纺性,但是在AT用量较高时,纤维呈现出的弱节、疵点等结构不均匀性更为明显;适量的AT经过适当的牵伸有助于分子链取向,可以提高复合纤维的力学性能;此外,AT用量较低时有助于KGM纤维吸水,最高吸水倍率提高了近50%。     

超高分子量聚乙烯纤维结晶行为研究进展

介绍了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的晶体结构,包括UHMWPE纤维在加工成型过程中微观结构、分子的结晶行为和结晶模型。重点阐述UHMWPE在稀溶液中的结晶行为,对初生纤维形成过程中的折叠链模型和串晶结构进行讨论,综述了UHMWPE纤维在后纺拉伸过程中链结构变化方面的研究进展。对纤维结晶的研究方向和研究意义进行了展望。     

牵伸对湿纺聚丙烯腈纤维性能的影响

研究了牵伸对湿纺聚丙烯腈(PAN)纤维性能的影响,发现初期形成的PAN纤维的应力-应变曲线是典型的非晶高聚物应力-应变曲线,随着牵伸的进行,纤维应力-应变曲线的屈服点逐渐消失;牵伸对湿纺PAN纤维的性能具有主要影响,随着牵伸倍数的提高,纤维的线密度、断裂伸长率下降,强度增加.     

PAN初生纤维拉伸性能试验研究

为了提高聚丙烯腈(PAN)初生纤维的可拉伸性能,将溶液纺丝得到的初生纤维进行不同时间的恒温干燥处理,研究其拉伸性能随干燥时间的变化规律。结果表明,干燥处理可以大幅度提升PAN初生纤维的力学性能,其拉伸强力可达10.3cN,断裂伸长可达263.5%;随着干燥时间的延长,纤维的可拉伸性能增强,经过10h干燥后的初生纤维具有最佳可牵伸性能;而拉伸速率的提高可以有效促进未干燥初生纤维的拉伸变形,而对干燥处理后纤维的拉伸性能的影响不大。用SEM观察纤维断裂形貌发现,PAN纤维的致密性随牵伸比的增加而提高。     

凝固浴拉伸对碳纤维前驱体PAN初生纤维结构及性能的影响

采用高锰酸钾反滴定法、X射线衍射法、电子探针、纤维纤度仪及强力仪等考察了聚丙烯腈纤维在湿法成形过程中,凝固浴拉伸对溶剂二甲基亚砜的扩散系数、残留溶剂含量、S元素含量、初生纤维结晶性能、截面形貌及初生纤维应力-应变曲线的影响。结果表明,在凝固浴温度、浓度、凝固时间一定的情况下,表观负牵伸为-10%时,溶剂二甲基亚砜的扩散速率较快,残留溶剂量较小;同时,出浴初生纤维表现出了较均匀、规则的横截面形貌,较好的结晶度以及韧性良好的应力-应变曲线。     

聚丙烯腈纤维径向致密结构的光密度法研究

凝固过程聚丙烯腈(PAN)初生纤维在径向上各点的双扩散程度不同,可能会造成PAN纤维在径向上致密结构的差异。首先采用光密度法测定PAN初生纤维径向的致密结构及其差异性的可行性和影响因素,在此基础上采用光密度法研究了凝固浴温度对PAN初生纤维致密性结构差异的影响。结果表明：对于PAN初生纤维,采用纤维切片厚度为4μm、调整入射光强使背景灰度为140时进行PAN初生纤维光密度的测定;保持凝固浴浓度恒定不变,凝固浴温度从25℃升高到65℃会导致PAN初生纤维的灰度降低、光密度值增大、纤维径向皮部与芯部的光密度差值增大,这表明随着凝固浴温度的升高,纤维的致密性降低、径向致密结构差异增大。光密度法可以用来定量表征PAN纤维的径向结构及其差异。