聚丙烯腈纤维片层组织结构演变历程的研究

为了研究原丝中片层微观组织的演变性,借助电子显微镜,跟踪了片层组织结构在纺丝、预氧化和炭化过程中所发生的变化。结果发现:原丝由取向不同的片层组织结构构成,形成最终碳纤维后,碳层不会在C轴上做有规则的ABA式堆砌,个别的碳层面绕C轴发生旋转而失去碳层的三维有序结构,仅仅生成二维有序的乱层结构。预氧化纤维有“皮芯结构”,外层由与纤维轴平行或者倾斜成一定角度的微纤片层结构组成,而内部是杂乱无章的片层结构,或者是微小的空隙,皮层的厚薄与预氧化处理方式有关。经过1000℃烧制的碳纤维层片厚度约为0.03~0.10滋m。经过1350℃炭化后所得的纤维,由许多类似鱼鳞的片层构成,片层上有纳米级的微晶。     

湿纺凝固负拉伸对初生纤维结构与性能的影响

研究了凝固负拉伸对聚丙烯腈(PAN)纺丝液的膨胀效应、初生纤维聚集态结构和性能的影响,初步揭示了膨胀效应和凝固取向的产生机理及其对初生纤维结构与性能的影响;指出溶剂与水之间的传质速率差是控制初生纤维结构进而控制其性能的最关键因素,它决定了原液细流表面凝固层的组成及结构,而凝固速率反映了凝固层的生长速度。研究发现:随着凝固负拉伸的降低,PAN纺丝液的挤出胀大比减小,其传质速率差与凝固速率均下降,初生纤维的凝固取向、结晶度和晶粒尺寸均增加,其截面形状趋于圆形,内部结构变得均匀致密、缺陷减少,从而使断裂强度得以提高。     

湿纺凝固条件对PAN初生纤维形态结构的影响

分析了凝固浴温度、浓度、表观负拉伸等凝固条件对聚丙烯睛初生纤维形态结构的影响规律及作用机理,得出最佳的凝固工艺参数。结果表明:在其他凝固参数不变时,凝固浴温度、浓度及表观负拉伸均存在各自的临界值,低于或超过此临界值,初生纤维及原丝的性能均下降;采用凝固浴温度60℃、凝固浴质量分数为65％的最佳凝固工艺参数,可获得截面圆形且结构致密的初生纤维,并制得力学性能优异的原丝。     

水分蒸发抑制剂的实验研究

本研究是利用人们对表面活性剂分子结构研究的成果 ,并以单分子表面膜理论为基础 ,对高级脂肪醇抑制水分蒸发效果做了较细致的研究。讨论了乳液粒度、醇链长度、混合表面活性剂以及温度对抑制效果的影响     

高性能碳纤维原丝聚合机理和纺丝工艺的研究

通过实践深入探讨了聚丙烯腈原丝生产的聚合机理，并借助于SEM对所纺的碳纤维原丝进行了探讨，实验证明，生产原丝中的聚合机理遵循4个阶段，而且聚合温度没有超过聚丙烯腈的分解温度。纺丝要控制预牵伸倍数在7左右，为蒸汽牵伸提高原丝的取向度和结晶度以及最终碳纤维的高性能作好准备。     

网状和皮芯结构对生产高性能碳纤维组织演变的影响

为了研究聚丙烯腈纤维各级超分子结构形态及结晶的微观形态,弄清楚制备碳纤维的过程与所得到纤维结构和性能的关系,用透射电子显微镜分析了凝胶网络和皮芯结构的形成及预氧化和炭化过程中纤维结构的演变历程.结果表明:原丝具有明显的皮芯结构,外表层凹凸不平,从表层至心部是一层过渡区,表层的片层较心部的薄且致密.碳纤维网络骨架间接点的密集程度和原丝的密集程度有直接关系,原丝网络骨架的接点密集度低及晶粒组织大,随后得到的最终碳纤维密集度低及晶粒组织也大,其强度和模量明显高.碳纤维强度主要是纤维中弥散分布的"小晶区"做出的贡献;原丝微观结构中,"晶区"数量、大小和弥散分布情况以及构成三维空间网络结构的致密程度决定了预氧丝和碳纤维的性能.     

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。     

聚丙烯腈基纤维的结构设计及其演变性研究

为了制备高性能的聚丙烯腈基碳纤维,借助高温DSC曲线分析、透射电镜和扫描电镜等分析方法,通过对制备碳纤维的不同类型原丝进行分析,对聚丙烯腈基纤维的结构设计及其演变性进行了研究,结果发现在聚合、纺丝过程中要避免结构缺陷的引入,才能制备具有理想的物理化学结构和精细组织结构的原丝,只要丙烯腈质量分数达0．97以上,第二、三单体的微量变化不足以引起原丝和碳纤维性能发生大的变化,原丝微观组织结构不断演变和转化,某些结构缺陷会遗传到碳纤维中,质量较高PAN纺丝液质量分数纺丝液制取的纤维表面沟槽小而浅．     

湿法纺丝凝固负牵伸的研究

采用膨口胀大比的测量、沸水收缩率、X射线衍射、电子探针、孔隙率及机械性能的测试等分析测试手段,系统研究了凝固负牵伸对聚丙烯腈(PAN)纺丝液的膨胀效应、初生纤维聚集态结构和性能的影响,初步揭示了膨胀效应和凝固取向的产生机理及其对初生纤维结构与性能的影响。研究发现:随着凝固负牵伸的降低,PAN纺丝液的膨口胀大比减小,初生纤维的凝固取向、结晶度和晶粒尺寸均增加,其截面形状趋于规整,内部结构变得均匀致密、内部缺陷减少。     

PAN初生纤维凝固成形扩散系数的研究

借助于圆柱体的一维线性模型,运用Fick第二定律推导出了溶剂和凝固剂扩散系数的表达式,利用KMnO4返滴定法测定出不同凝固时间的初生丝条中溶剂与非溶剂的含量,进而计算出各自的扩散系数;分析了各种凝固参数对溶剂和非溶剂扩散系数的影响规律,结果表明采用温和的凝固条件(高固含量及凝固浴浓度、低浴温及负牵伸率)可降低溶剂和凝固剂的扩散系数,实现均匀缓慢扩散.