聚丙二醇共混聚丙烯腈原絲和預(yù)氧絲的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚丙烯腈基（PAN）碳纖維是一種具有高強(qiáng)、高模、耐高溫、耐腐蝕等一系列優(yōu)異性能的原材料，是碳纖維中用途最廣泛、發(fā)展前景最好的一種。近十年來(lái)，我國(guó)聚丙烯腈基碳纖維工業(yè)迅猛發(fā)展，但性能一直落后于先進(jìn)世界水平，其中一個(gè)關(guān)鍵因素是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的原絲性能不過(guò)關(guān)。專(zhuān)家們認(rèn)為通過(guò)溶液共混的方法來(lái)改性PAN原絲是提高碳纖維性能的一種有效手段。聚丙二醇(PPG)是一種無(wú)毒無(wú)害的含有羥基的大分子化合物。本論文利用聚丙二醇(PPG)與PAN進(jìn)行溶液共混，以調(diào)控纖

2、維致密性，減少纖維內(nèi)部孔洞，提高碳纖維的力學(xué)性能。
　　 本論文主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究工作:
　　 1、采用溶液共混法制備了PAN/PPG復(fù)合溶液，并對(duì)溶液的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)流變特性進(jìn)行測(cè)試和分析。靜態(tài)流變實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PAN/PPG復(fù)合溶液呈現(xiàn)非牛頓型切力變稀現(xiàn)象。在一定濃度和剪切速率下，隨著PPG含量增加，原液體系的粘度降低，粘流活化能增大，非牛頓指數(shù)變大，結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)變小;動(dòng)態(tài)流變實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)流變曲線與靜態(tài)流

3、動(dòng)曲線相似。隨著溫度的提高或PAN固含量的降低，復(fù)數(shù)粘度下降。同時(shí)，復(fù)數(shù)粘度還都隨著角頻率的增大或PPG含量的增加而下降。隨著PAN原液體系溫度的提高或加入PPG，儲(chǔ)能模量(G′)和損耗模量(G″)的交點(diǎn)向較高的角頻率方向移動(dòng)，說(shuō)明在同樣的角頻率下原液傾向于保持流動(dòng)狀態(tài)。這些結(jié)果對(duì)后續(xù)的紡絲成型具有很好的指導(dǎo)意義。
　　 2、采用干濕法紡制了聚丙烯腈初生纖維和原絲，通過(guò)光學(xué)顯微鏡、XRD、FTIR、TGA和力學(xué)性能測(cè)試對(duì)初生纖維

4、和原絲的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，適量添加PPG有助于初生纖維截面成圓形，同時(shí)還有利于提高初生纖維和原絲的結(jié)晶度;原絲中3442cm-1附近的O-H伸縮振動(dòng)峰變的更強(qiáng)并向低波區(qū)移動(dòng)，表明PPG與PAN之間可以形成氫鍵;PPG的加入對(duì)PAN纖維的熱性能影響不大，尚不足使放熱峰有效寬化，但可以改善原絲的力學(xué)性能。總體來(lái)說(shuō)，PPG的添加量為2wt％時(shí)，纖維綜合性能最好。
　　 3、對(duì)2wt％PPG改性后的原絲和未改性的原絲

5、進(jìn)行了預(yù)氧化和碳化處理，并利用SEM、FTIR、TGA、元素分析儀和力學(xué)性能測(cè)試對(duì)所得預(yù)氧絲和碳絲的形貌、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，改性后的預(yù)氧絲比未改性的預(yù)氧絲表面更均勻、致密，同時(shí)還減少纖維中的孔洞，獲得內(nèi)部均勻的碳絲;隨著預(yù)氧化溫度的升高，預(yù)氧絲中C≡N、C-H等基團(tuán)含量不斷減少;同時(shí)，環(huán)化結(jié)構(gòu)的吸收峰增強(qiáng);無(wú)論是否添加PPG改性，PAN纖維在預(yù)氧化階段C、H、N的含量都略有減低，而O元素含量則大幅提高;預(yù)氧絲的熱性能基本相