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。     

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。     

表面接枝聚丙烯腈的碳纳米管/聚丙烯腈初生复合纤维的制备

碳纳米管(CNTs)被修饰后表面接枝上聚丙烯腈(PAN),采用溶液聚合法合成复合纺丝液,并利用湿法纺丝技术制备PAN/CNTs初生复合纤维。采用FT-IR,HRTEM,TG等方法分析CNTs表面修饰前后状况,用XRD和SEM分析接枝CNTs对PAN初生纤维结构的影响。结果表明:CNTs表面成功接枝上PAN,二者之间具有较强的相互作用力,接枝CNTs的加入使PAN初生纤维的结晶度从36.92%提高到38.81%,晶粒尺寸从4.40nm增大到4.89nm,初生复合纤维的断面结构更加细化。     

制备聚丙烯腈初生纤维干燥样品研究

通过干喷湿纺纺丝工艺制得聚丙烯腈(PAN)初生纤维,采用不同的干燥方法获得PAN初生纤维干燥样品,考察对比自然晾干、鼓风干燥和冷冻干燥3种方法分别对样品物理特征、表面形貌和内部结构的影响。3种干燥方法均会使初生纤维样品发生收缩,样品截面积和长度均减小,但是变化程度不同。并且3种干燥方法对PAN初生纤维表面形貌、结晶特征、二甲基亚砜(DMSO)残留量以及孔结构产生不同的影响。结果表明冷冻干燥对PAN初生纤维的影响最小,可以有效的保留PAN初生纤维的原始结构,可用于制备聚丙烯腈初生纤维干燥样品。     

PAN/PI复合纤维的结构

将聚酰亚胺(PI)加入丙烯腈-衣康酸-二甲基亚砜体系进行聚丙烯腈(PAN)溶液聚合,湿法纺丝制备了PAN/PI复合纤维。利用流变仪、红外光谱、X射线衍射仪、扫描电镜、差示扫描量热仪等研究了PAN/PI溶液的性质和复合纤维的结构特点。研究发现,加入PI后,聚合物溶液的稳态黏度降低,弹性和粘性模量在低剪切速率区降低;PI作为成核剂,引起初生纤维结晶度增大、晶粒尺寸减小;PI与PAN的溶解性差异导致凝固加快,初生纤维形成皮芯结构,引起原丝体密度减小。PAN/PI纤维在N2下放热量较少,在空气中由于结构疏松放热量较大。     

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。     

PAN纤维预氧化过程的结构变化及热行为

采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和差示扫描量热分析(DSC)研究了PAN纤维在预氧化过程的结构和热性能变化。结果表明:随着预氧化温度的升高,纤维的微晶尺寸增大,到220~230℃时达到最大,此后逐渐减小,原准晶结构逐渐被破坏。纤维的芳构化指数随预氧化温度的升高不断增大,PAN链状分子在逐渐演变成梯形环状分子结构,230℃和275℃是PAN原丝热稳定化的转折点。随着预氧化温度的升高,洋葱球非晶组织发生了结构演变。非晶化转变是从晶区边界开始,由外部向芯部逐步进行。纤维的环化度随着预氧化温度的升高表现为增大。在较低温度增加较快,随后增加变缓。230℃后,环化反应加剧,环化度迅速提高。     

电纺PAN纳米纤维的AFM形貌及晶区分布研究

目前已有很多学者对聚丙烯腈(PAN)静电纺丝进行了研究,但对其工艺的研究存在不同看法,同时关于电纺PAN纤维有序结构分布的研究较少。针对以上,系统研究了较宽范围内静电纺丝参数对PAN纤维形貌和直径的影响。经过对比,喷丝液浓度对所制备PAN纤维直径影响最大,随着喷丝液浓度从6%(质量分数)升高至18%(质量分数),纤维平均直径由288nm增大至3 469nm。将超声刻蚀法、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)结合X射线衍射技术(XRD)对电纺PAN纤维内部结构进行研究。结果表明,电纺PAN纤维表面存在相互平行的横向沟槽,其中凸起部分为相对有序区域,宽度约为40~190nm,凹陷部分为无序区域,宽度约为20~35nm。     

超声蚀刻对PAN纤维组织结构与性能的影响

用傅里叶红外光谱(FTIR)、广角X射线衍射(WAXD)、扫描电镜(SEM)等方法测定并分析超声蚀刻对聚丙烯腈(PAN)纤维的化学结构、结晶、形态结构和机械性能的影响,为利用超声蚀刻方法制备电镜样品、研究PAN纤维结构奠定实验基础。实验结果表明:超声蚀刻处理对PAN纤维化学结构没有影响;溶解的PAN分子量随着超声时间延长而降低,未溶解的PAN分子量基本没有变化;这种处理会使纤维的结晶度和晶粒尺寸均小幅下降;经过超声蚀刻后纤维表面出现大量的原纤结构,能够实现原纤分离;这种处理对纤维的线密度影响不大,而纤维强度、断裂伸长率和初始模量均有所下降。     

溶液特性对聚丙烯腈初生纤维凝聚态形成的影响

运用流变仪表征溶液特性,通过调节单因素凝固牵伸倍数制备不同聚丙烯腈(PAN)溶液的初生纤维,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外、热机械分析仪对其进行分析研究。结果表明,凝固相分离过程中,溶液特性(即分子链运动能力)影响着初生纤维凝聚态的形成,相同外场下,分子链运动能力强的溶液形成的初生纤维凝聚态结构更规整,内部分子链类螺旋构象含量和结晶度均较高;溶液特性对凝聚态的作用程度会受到凝固牵伸倍数的影响,但改变凝固牵伸倍数不会改变此作用规律。     

湿法纺聚丙烯腈原丝的微观结构分析

利用扫描电镜和透射电镜研究了聚丙烯腈(PAN)纤维在湿法纺丝工艺中的微观形貌与结构演变.测试分析证实,初生纤维的结构会遗传至PAN原丝,PAN原丝为皮芯多层结构,最外面是一层极薄的表皮,向内依次为表层、内层、芯部.表皮的片层结构薄且致密,其分子链结晶度高且晶粒沿轴向取向度好.柱状表层的层状结构中晶粒分布均匀、沿轴向定向较好.由表皮至内层,层状结构的厚度逐渐增加,芯部组织较疏松.建立了PAN原丝的结构模型.     

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。     

高分子量聚丙烯腈中空纤维膜铸膜液流变性能的研究

采用气压式毛细管流变仪对聚丙烯腈/二甲基乙酰胺/聚乙烯吡咯烷酮(PAN/DMAc/PVP)中空纤维铸膜液的流变性能进行了研究.实验结果表明,该铸膜液属假塑型流体.物料性质,如PAN分子量、PAN质量分数、添加剂质量分数会影响体系的流动性能.PAN分子量为Mη=13.1×104、PAN质量分数为14%、添加剂PVP质量分数为10%时,该铸膜液的流动性最好.另外,温度对体系的流动性也有影响.对特定的PAN铸膜体系来说,升高温度使体系的黏度降低,流动性变好;而当体系中PAN分子量增大、PAN质量分数增加时,体系的黏度增大,活化能变大,因而对温度的敏感性也增强.     

溶液浓度对聚丙烯腈聚合动力学的影响

在试验的过程中,发现了动力学方程中转化率的理论值与实际值之间的差别,实际转化率的最大值为95%,而理论转化率的最大值为64%,经分析,认为体系浓度变化是造成这一差别的主要原因。为了进一步研究溶液浓度对聚合动力学的影响,将聚丙烯腈溶入二甲基亚砜,配制不同含固率的溶液,将溶液作为反应介质,以丙烯腈和丙烯酰胺为反应单体进行反应。结果发现,体系浓度与链终止速率常数的指前因子呈线性关系,即链终止速率常数的指前因子随体系浓度的增大而减小,动力学方程经浓度修正以后,在转化率小于50%时,转化率的理论值与实际值吻合得很好。     

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。     

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     

聚丙烯腈/二甲基亚砜纺丝原液流变性及流变方程拟合

以高黏均分子量(-Mη)聚丙烯腈(PAN)为研究对象,系统研究了黏均分子量(-Mη,以下简称分子量)、温度(T)、固含量(wt)和剪切速率(γ)对聚丙烯腈(PAN)/二甲基亚砜(DMSO)纺丝原液流变性能的影响。结果表明,纺丝原液分子量和剪切速率皆存在一个临界值。在临界值之前,表观黏度随分子量增加迅速增大,随剪切速率的增加迅速降低,在临界值之后,变化趋势均趋于平缓;且临界值不随温度变化而改变;依据试验结果进行表观黏度与四因素线性相关方程拟合,经对比,计算值与实验值相差不大,可以为纺丝原液表观黏度的预测和后续纺丝工艺的改进提供理论参考。     

高分子量PAN的沉淀型聚合中分子量的调节

用沉淀聚合法来获得高分子量的聚丙烯腈(PAN)。实验发现,过高的分子量对后续的纺丝工艺很不利。研究了丙烯腈(AN)-丙烯酸甲酯(MA)-衣康酸(IA)三元共聚合体系,以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在二甲基亚砜(DMSO)和水(H2O)、乙醇(C2H5OH)和正丁醇(C4H9OH)的混合溶剂中合成PAN。采用C2H5OH和C4H9OH作为添加溶剂对分子量进行控制和调节,得到了较好分子量的聚合物。     

PAN/插层高岭石复合材料制备及静电纺丝性能

以二甲基亚砜为前驱体制备插层高岭石(K-DMSO),通过原位聚合制备聚丙烯腈(PAN)与K-DMSO的复合物,利用静电纺丝技术制备PAN/K-DMSO复合纤维膜。采用XRD,FTIR,TEM和TGA研究PAN/K-DMSO复合物的微观形态和热性能,并采用SEM,POM和拉伸试验机对其纤维膜的形貌和拉伸强度进行测试表征。结果表明:PAN/KDMSO中含有高岭石的内外羟基峰,表征层间距的d001值随PAN进入高岭石的层间而增大,部分高岭石被剥离形成厚度为2~5nm的片层结构分散在PAN基体中。K-DMSO的加入使PAN的耐热性提高,PAN纤维膜的直径减小,拉伸强度增加。PAN与K-DMSO的质量比为8∶1时,PAN/K-DMSO纤维膜的拉伸强度与PAN相比,在未处理,冷压和热处理的情况下分别提高了0.92,1.73MPa和1.96MPa。