废聚丙烯腈纤维制备高性能碳纤维研究

针对国内碳纤维生产企业聚丙烯腈废丝问题进行高端循环再利用。采用紫外-可见分光光度计和旋转流变仪研究了二甲基亚砜/水混合溶剂对聚丙烯腈溶解能力和溶液流变性的影响,采用称重法研究了处理温度和时间对聚丙烯腈废丝脱水性能的影响,并利用废丝经溶解制备纺丝液、原丝和碳纤维。结果表明:水的存在影响了二甲基亚砜对聚丙烯腈的溶解能力,使聚丙烯腈溶液缠结增大,聚丙烯腈溶液的复数黏度、储能模量和损耗模量增加,聚丙烯腈纺丝液稳定性降低;提高处理温度和延长处理时间有利于聚丙烯腈废丝中水分的脱除,完全脱除水分的聚丙烯腈废丝经溶解、纺丝、预氧化和碳化,可以制备近似圆形、表面具有沟槽的T300级别聚丙烯腈碳纤维,碳纤维原丝生产线的废物得到绿色、高端化再利用。     

超高分子量聚丙烯腈在碳纤维原丝上的应用及拉伸行为研究进展

超高分子量聚丙烯腈(UHMWPAN)由于结晶度高、分子链结构规整、端基少,成纤后的缺陷也少,因此在制备高强度聚丙烯腈原丝以及高强度碳纤维方面有着重要的应用。文中介绍了用高相对分子质量(340万占3%,34万占97%的)的聚丙烯腈树脂进行溶液纺丝并制备碳纤维原丝以及碳纤维的工艺,并重点介绍了超高分子量聚丙烯腈凝胶膜的拉伸性能、超高分子量聚丙烯腈溶液的流变性能等。流变学研究表明,随着PAN相对分子质量的增大,纺丝液的黏度也会剧增,造成溶液的纺丝过程变得愈加困难。提高UHMWPAN纺丝液的温度,能有效减低溶液纺丝时的阻力。因此,开发UHMWPAN高温纺丝技术可能是未来高强度碳纤维原丝的发展方向。     

湿法纺丝条件对临界凝固时间的影响

以聚丙烯腈-二甲基亚砜-水体系为研究对象,通过建立数学模型,对聚丙烯腈湿法纺丝凝固的初期阶段进行研究。借助MATLAB软件,采用有限元法对数学模型进行求解。利用数学模型考察纺丝条件对纺丝液临界凝固时间的影响。结果表明:(1)凝固浴浓度在一定程度上决定凝固进程;纺丝液临界凝固时间随凝固浴浓度升高而增加,且增加的趋势是越来越快,当浓度大于60%尤为明显;(2)纺丝液临界凝固时间随纺丝液中水含量的增加而减小,使纺丝液凝固时发生瞬时相分离的趋势增大;(3)随着喷丝孔直径的增加,纺丝液临界凝固时间会延长。     

谷朊纤维制备及其柠檬酸交联处理研究

以谷朊粉为原料,利用湿法纺丝方法制备再生蛋白质纤维。讨论了剪切速率、还原剂用量、静置时间、静置温度对纺丝液黏度的影响,以及交联处理时柠檬酸浓度、时间、温度、pH对纤维拉伸性能的影响。结果表明,当纺丝液还原剂用量为0.9%~1.1%(w/w),静置温度为20~25℃、静置时间为24~30h,纺丝液表观黏度在120~125Pa·s范围内,能够纺制性能较好的纤维;谷朊纤维经柠檬酸溶液交联处理后,拉伸力学性能提高,在浓度0.9mol/L、温度50℃、pH9,时间2.5h条件下处理后的纤维断裂强度最高。谷朊纤维可潜在应用于生物医疗、纺织等领域。     

常规自由基聚合合成支化聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯)改性腈纶纺丝液

以甲基丙烯酸-3-巯基丙酰氧基乙酯(MPOEM)为链转移剂单体,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,丙烯腈和醋酸乙烯酯经常规自由基聚合合成支化聚(丙烯腈-醋酸乙烯酯)(BPAN),用BPAN对腈纶纺丝液进行改性。通过三检测凝胶渗透色谱和旋转流变仪分别对聚合物的相对分子质量、支化程度和聚合物溶液的流变性能、黏度对温度的敏感性及粘弹性进行了研究。结果表明,以MPOEM为链转移剂单体制得了BPAN,25℃时16%固体含量的BPAN溶液的零剪切黏度为0.62 Pa·s,远远低于相同固体含量工业级腈纶纺丝液的黏度(27.8 Pa·s)。在腈纶纺丝液中混入10%质量份的BPAN后,得到的改性腈纶纺丝液的零剪切黏度为19.7 Pa·s,黏度下降近30%,表现出很好的改性效果。     

炭纤维前驱体丙烯腈-丙烯酰胺共聚物溶液的流变性

采用锥板流变仪,研究了共聚单体丙烯酰胺(AM)含量对聚丙烯腈溶液流变性的影响,探索一种预示炭纤维前驱体聚丙烯腈溶液可纺性的方法。发现:在低剪切速率区(<200 s-1),黏度随AM引入增加;在高剪切速率区(>200 s-1),均聚物和共聚物的流动曲线几乎重合。溶液的弹性因AM的引入而变大,松弛时间延长了5~6倍,这可能会造成纺丝过程中更大的挤出胀大比,溶液可纺性下降。溶液的时间稳定性和温度敏感性随AM的引入而降低。     

干-湿纺聚丙烯腈/二甲基亚砜原液流变性能的研究

通过对干湿纺聚丙烯腈 (PAN) /二甲基亚砜 (DMSO)纺丝流变性能的研究 ,确立了分子量、温度、浓度、剪切速率四种主要因素对纺丝原液黏度的影响 ,并通过正交实验分析法得出四因素影响的主次顺序 ,为控制PAN/DMSO溶液的流变性能 ,稳定纺丝提供了实验依据与理论基础     

温度、浓度对水/乙醇混合溶剂中壳聚糖溶液黏度的影响

研究了溶解于水/乙醇混合溶剂中的壳聚糖溶液黏度随温度和浓度的变化规律。混合溶剂中,乙醇是壳聚糖的不良溶剂,而水是壳聚糖的良溶剂,将乙醇与水按一定比例混合,再加入1%的乙酸,配制成水/乙醇混合溶剂。实验使用乌氏黏度计测量溶液黏度,通过分析黏度随温度、浓度的变化规律,揭示了混合溶剂对壳聚糖溶液黏度的影响规律。研究发现,壳聚糖溶液黏度随着温度的升高而降低;恒定温度,壳聚糖溶液黏度随浓度的增加而增加。而随着温度的升高,壳聚糖在良溶剂中产生的增比黏度变化率要比其在不良溶剂中高;随着浓度的增加,壳聚糖溶液产生的增比黏度的变化率也相应增加。当浓度极稀时,壳聚糖溶液的(ηsp/C)/C曲线会出现反常现象——体系黏度随着浓度的减小而急剧上升。     

异相共聚PAN产物的性能对比及其流变研究

异相聚合是制备高分子量聚丙烯腈的手段,然而相同工艺下两者纺丝效果差别很大。从聚合产品性能出发,分别利用悬浮聚合与沉淀聚合的方法合成不同分子量的PAN共聚物,并使用GPC仪测定两种合成机理下的PAN产物的分子量分布,利用SEM观察聚合物颗粒形貌,应用第四统计力学群子统计参数理论研究了聚合物的粒径分布与粒径均匀度,使用旋转黏度计测定不同固含量下的纺丝液黏度。结果表明,沉淀聚合产品较悬浮聚合产品有较宽的分子量分布,悬浮聚合产品较沉淀聚合产品的粒径分布更均匀;对于两种机理下的共聚产物,分子量越高,纺丝液黏度越大,溶解温度越高,纺丝液黏度越小;固含量为9%时,两种聚合产物表现出不同的流变规律。     

木质素/聚丙烯腈共混溶液的制备及其性能研究

为了探索木质素对丙烯腈聚合原液的性能影响，用两种不同的木质素与聚丙烯腈(PAN)进行了不同配比的共混实验，并对共混后的溶液进行黏度、稳态流变性能、固含量、分子量等一系列测试。结果表明，共混溶液的黏度随着温度的升高而下降，60℃左右时相对稳定；随着两种木质素含量的增加，A木质素/PAN共混溶液黏度显著增加，B木质素添加量超过40%后溶液黏度降低；木质素添加量为40%时，L_A溶液黏度较纯PAN溶液黏度增加了192%,L_B溶液黏度大幅提升了133%。这些都与溶液内分子链形态的变化有关，由于木质素添加后，共混溶液表现出典型切力变稀的性质，共混溶液的温度、木质素添加量等因素都会影响溶液切力变稀的临界剪切速率。实验发现，固含量降低没有影响溶液黏度，且A木质素/PAN共混溶液分子量大，分散度也较平均。不同木质素在添加少量时对PAN原液的流变性能影响几乎相近，因此共混溶液中加入30%～40%A木质素较适宜。