纺丝牵伸对PAN基碳纤维原丝性能影响及牵伸工艺研究

对三元聚合、四元聚合和四元氨化聚合三种配方的纺丝液纺丝牵伸工艺进行了研究,利用金相显微镜、电子万能试验机、X射线衍射(XRD)等设备方法表征原丝的微观结构、力学性能和取向度等。结果表明:四元共聚纺丝液的可牵伸性最好,最大牵伸倍率可达12倍,三元次之,四元经氨化后牵伸性明显下降较多。改变牵伸,对原丝断面基本无影响。提高原丝纺丝牵伸倍率,原丝的单丝强度、模量、单丝密度、沸水收缩呈上升趋势,断裂延伸率呈下降趋势。牵伸有利于提高原丝的取向度。水洗→牵伸、牵伸→水洗→牵伸和牵伸→水洗工艺3种纺丝工艺,水洗→牵伸相对可获得性能较好的原丝,炭化后碳纤维强度较高。     

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。     

聚乙烯中空纤维膜制备及微孔结构的控制

通过熔纺-拉伸(MS)法制备了聚乙烯(PE)中空纤维微孔膜,并研究了纺丝牵伸比、拉伸速率及拉比率等对膜结构和性能的影响.研究结果表明PE中空纤维的结晶度和弹性回复率(ER,%)随纺丝牵伸比的增加而增大,且随着纺丝牵伸比的增大,PE中空纤维膜的微孔结构也增大;拉伸工艺对膜的结构和性能也有很大的影响,随着拉伸速率和拉伸比率的增加,PE中空纤维膜的透气率和孔隙率均增加.     

陈化时间对干喷凝胶纺聚丙烯腈纤维结构和环化反应的影响（英文）

通过凝胶纺丝可以制备高度取向的聚丙烯腈(PAN)纤维及其炭纤维。研究了聚丙烯腈的二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)溶液在干喷凝胶纺丝中的凝胶化过程对纤维结构和性能的影响,包括低温凝胶陈化时间对PAN纤维热牵伸比、纤维物理结构、力学性能及环化反应的影响。结果表明凝胶陈化前期(0-10天),纤维结构和性能变化较显著,且DMSO体系的变化较DMF体系更为显著;随着陈化时间继续从10天延长到40天,其影响较弱。随着低温陈化时间的延长,PAN纤维的最大牵伸比、强度、模量、结晶取向和结晶度逐渐增加,氮气下环化起始温度降低且反应焓变增加。     

纺丝速度对聚苯硫醚纤维结构与性能的影响

通过熔融纺丝方法制备了不同纺丝速度的聚苯硫醚(PPS)纤维,并采用差示扫描量热仪、声速仪、电子单纱强力仪等对比研究了不同纺速制备的初生纤维和成品丝可纺性、结晶行为、取向程度、力学性能以及尺寸稳定性的差异。结果表明,在熔融纺丝过程中,不同的纺速对聚苯硫醚纤维结构与性能有很大影响。随着纺速的增加,通过调整徐冷温度和牵伸倍数保证了良好的可纺性,并且PPS纤维的取向度、结晶度和断裂强度均呈现先增加后降低的趋势,而尺寸稳定性随纺速的提高出现先下降后升高的趋势;PPS初生纤维的各项性能与成品丝的变化趋势一致。纤维的结构与性能在纺速为880m/min左右时达到最佳,断裂强度达到3.33cN/dtex。     

牵伸条件以及牵伸方式对PAN纤维结构的影响

借助于声速法、密度法、XRD等分析手段,考察了不同的牵伸条件和牵伸方式对聚丙烯腈(PAN)纤维结构的影响.结果表明:牵伸条件的不同,纤维的取向和结晶程度有明显的区别;而牵伸方式的不同,对纤维的结晶程度也有较大影响.     

成纤过程中PAN纤维聚集态结构的形成

采用X射线衍射、声速法研究了成纤过程中PAN纤维晶态结构和取向态结构的变化规律。结合扫描电镜观察纤维的截面形态，研究成纤过程中PAN纤维聚集态结构的形成过程。结果表明，在成纤过程中，纤维晶态结构主要形成于凝固成型阶段，可以用两相模型（“准晶”区和无定型区）来描述；而取向态结构主要受两段牵伸控制，其中前牵伸对晶态结构的完善起到相当关键的作用，再牵伸则主要提高纤维的取向度；干燥致密化过程有利于晶区的生长和完善，同时固定了纤维的取向态结构。     

纺丝工艺对带形中间相沥青基石墨纤维取向结构及热导率的影响

中间相沥青经熔融纺丝、不熔化、炭化石墨化制备了带状高导热石墨纤维.鉴于纺丝工艺对中间相分子的轴向和截面取向度的重要影响,研究了喷丝板结构和纺丝温度对中间相沥青基石墨纤维(MPGF)的取向结构和传导性能的影响.结果表明:对矩形截面喷丝的微孔,在最佳的纺丝温度下,截面长宽比越大,初生纤维内分子的取向度越高,MPGF的传导性越好.当长宽比和纺丝温度分别为9:1和305℃时,MPGF的取向度较高(97.8%),热导率达到894W/(m.K);长宽比继续增大时,更高的剪切作用致使纤维内应力较大,纺丝稳定性变差.     

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。     

多壁碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维的动静态力学性能研究

采用干湿法纺丝工艺制备了多壁碳纳米管(MWNTs)增强的聚丙烯腈(PAN)复合纤维,表征了复合纤维的动静态力学性能。结果表明,采用空气拉伸新工艺并添加少量MWNTs后显著提高了PAN纤维的力学性能;由于MWNTs容易在拉伸作用下取向,且与PAN间存在较强的相互作用,使得与MWNTs作用的PAN分子更易取向并结晶,从而提高了复合纤维的结晶度和取向度,达到了增强的效果。     

残余溶剂DMSO对PAN纤维结构及热性能的影响

在PAN／DMSO湿法纺丝体系中，改变水洗条件，得到含有不同DMSO含量的聚丙烯腈原丝．通过先学显微镜、X射线衍射、DSC和TG等分析测试手段，研究了残余溶剂二甲基亚砜(DMSO)对PAN纤维结构及热性能的影响。在纤维低温热处理过程中，原丝中痕量DMSO的存在，可以改变纤维的截面形状、破坏纤维的晶态结构，并使纤维的热稳定性降低。     

溶解法分级聚丙烯腈纤维精细结构

采用不同浓度的二甲基亚砜水溶液对聚丙烯腈(PAN)初生纤维进行溶解分级处理,利用紫外光谱定量研究溶解液中组分含量,凝胶渗透色谱、X射线衍射和差示扫描量热仪研究PAN初生纤维中不同组分的分子结构、结晶结构和热性质特性。研究结果表明,随着二甲基亚砜浓度的增加,溶解液的吸光度逐渐增大,说明可通过调整溶解能力将PAN纤维分成不同级分;未溶解PAN纤维的相对分子质量逐渐增大,(110)晶面(29°衍射)出现,表明纤维分子结构链段增长及规整性增加。说明进入低浓度溶液的组分,相对分子质量低且排列规整性差,反之亦然。采用溶解法可将干湿法PAN初生纤维结构逐次分级及定量,再结合常规纤维结构表征方法,可研究纤维更精细的结构。     

腈纶接枝豆汁中蛋白质的改性条件

腈纶接枝大豆蛋白质是腈纶差别化改性的重要方法,其对改进腈纶的结构性能,增加纤维的附加价值和提高经济效益都有重要作用。文中研究了在豆汁中直接对腈纶实施蛋白质接枝改性工艺条件对接枝效率的影响,结果表明:当纤维与豆汁溶液的比例为1∶20、10%NaOH溶液加入量为0.6 mL、接枝温度为80℃、接枝时间为3 min时,能够获得较好的接枝率。红外分析与电镜形貌观察表明,用豆汁直接对腈纶实施蛋白质接枝改性,能够获得明显的蛋白质接枝改性效果。     

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。     

PAN纤维热松弛行为控制与聚集态结构调控EI北大核心CSCD

聚丙烯腈(PAN)纤维在纺丝过程中会形成受迫高弹形变,在受热条件下会出现物理收缩为代表的热松弛行为,发生解取向。通过热力学分析仪(TMA),动态力学分析仪(DMA),广角X射线衍射法(WAXD)等手段研究PAN纤维的热松弛行为,并且通过张力和温度对其进行控制。结果表明:PAN纤维纺丝过程形成的高弹形变约占10%以上,在高温下会迅速回复发生解取向。通过施加适当的张力和提高温度可以在不损失取向结构的同时将高弹形变转化为塑性形变。在张力和温度的作用下,纤维内部聚集态结构重排,分子链取向进一步提高,晶态结构进一步完善,纤维尺寸稳定性提高50%以上。研究表明经此方法处理的碳纤维微晶沿分子链排列更加规整,性能得到了有效提升。     

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。     

热稳定化过程中PAN纤维热应力与热化学反应的关联性

借助DSC、FTIR、EA、WAXD和热应力变化等表征手段,系统研究了六种聚丙烯腈（PAN）纤维在热稳定化过程中应力变化特征与纤维热化学反应的内在关联.结果表明：在热稳化定化过程中PAN纤维化学应力峰的起始温度和峰顶温度很好地对应了纤维DSC起始与峰顶的温度,因而可采用化学热应力表征PAN纤维环化的反应速率和程度.由于化学应力峰的变化与PAN大分子的组成、有序度、芳构化指数以及密度等特征结构参数的变化具有较紧密对应关系,意味着热应力可用于连续热稳定化过程中在线控制纤维的结构.     

Matrix molecular orientation in fiber-reinforced polypropylene composites

A distinctive crystalline morphology which develops in certain fiber-reinforced thermoplastics, termed "transcrystallinity", occurs as the result of dense nucleation of polymer crystals at the surface of reinforcing fibers. As these fiber-sponsored nuclei grow, they impinge upon one another, such that crystal growth occurs essentially perpendicular to the fiber axis. Previous studies concerning transcrystallized composites have generally focused on single-fiber composites or model systems. Our interest is in elucidating the crystal orientation in conventional fiber-reinforced composites, and in quantifying the fraction of transcrystallized matrix, where present. In the present work, we develop a wide-angle X-ray scattering (WAXS) technique to investigate composites formed from an isotactic polypropylene (PP) matrix with practical loading levels of unidirectional pitch-based carbon, polyacrylonitrile (PAN)-based carbon, or aramid fibers. The transcrystalline fraction of the crystalline matrix approaches 0.95 in pitch-based carbon composites and 0.50 in the aramid composites near fiber loadings of 30 vol %. In addition, a previously-unreported mode of matrix orientation is observed in composites containing the non-transcrystallizing PAN-based carbon fibers, arising from restrictions on the isotropic growth of PP crystallites by the unidirectional fibers. This "constrained growth" orientation can coexist with the transcrystallized matrix at lower fiber loadings.