新型噴絲頭對(duì)PAN基碳纖維用原絲紡絲工藝及纖維性能影響的研究.pdf

1、碳纖維(Carbon Fiber簡(jiǎn)稱CF)是指含碳量大于90％的纖維材料，它是一種具有高強(qiáng)度，高模量，耐高溫，耐腐蝕等一系列優(yōu)異性能的新型材料。作為先進(jìn)復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維，其已被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。碳纖維可以用粘膠、PAN以及瀝青等有機(jī)纖維在高溫下碳化而成，隨著科技的快速發(fā)展，PAN基碳纖維已成為了當(dāng)前碳纖維工業(yè)中的主流。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一致認(rèn)為PAN原絲的質(zhì)量是高性能PAN基碳纖維的關(guān)鍵所在。要獲取高性能的PAN基碳纖維，其原絲必須

2、具備高強(qiáng)、高純、高致密性和均勻的纖維結(jié)構(gòu)等性能。
　　 首先，本文主要研究了新型的噴絲頭用材料及其在PAN紡絲工藝中的應(yīng)用。以盡力避免孔口脹大現(xiàn)象為目的，我們綜合考慮了噴絲頭用材質(zhì)的基本要求及各種材料的生產(chǎn)加工工藝，并通過接觸角實(shí)驗(yàn)分析了不同材質(zhì)與PAN/DMSO紡絲溶液間的表面張力，開發(fā)新型的噴絲頭用材料。實(shí)驗(yàn)確定了一種新型的噴絲頭用材料-Si3N4陶瓷材料，其與PAN/DMSO溶液間的表面張力相對(duì)較大，且具有“先切割后燒結(jié)”

3、的制造工藝，可加工成具有令人滿意的長(zhǎng)徑比(L/D)的噴絲頭，能有效地減小紡絲過程中出現(xiàn)的出口膨脹效應(yīng)，避免紡絲溶液沿噴絲頭表面漫流的現(xiàn)象。同時(shí)，在固定的工藝條件下，我們分別使用具有相同幾何條件的新型的Si3N4陶瓷噴絲頭和傳統(tǒng)的1Cr18Ni9Ti不銹鋼噴絲頭來(lái)紡制PAN原絲。通過對(duì)比紡制出的PAN初生纖維的截面形狀及直徑大小、PAN原絲的可紡性、結(jié)晶度、晶區(qū)取向度以及強(qiáng)度等結(jié)構(gòu)性能，得出了可以采用新型的陶瓷噴絲頭來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬噴絲頭

4、應(yīng)用于纖維生產(chǎn)工業(yè)中的結(jié)論。
　　 其次，本文又著重研究了不同長(zhǎng)徑比(L/D)的新型噴絲頭對(duì)PAN原絲性能的影響。實(shí)驗(yàn)分別采用濕法、干濕法以及凝膠法進(jìn)行紡絲，從多方面地分析了長(zhǎng)徑比(L/D)對(duì)PAN紡絲過程中產(chǎn)生的擠出脹大現(xiàn)象的影響，以及其對(duì)PAN原絲的膨潤(rùn)度、可紡性、結(jié)晶度、晶區(qū)取向度及強(qiáng)度等性能的影響。結(jié)果表明，隨著L/D的增大，可有效地減小出口膨脹效應(yīng)，避免PAN/DMSO紡絲溶液沿噴絲板漫流的現(xiàn)象，提高紡絲的穩(wěn)定性；同時(shí)

5、，PAN原絲的性能也隨之提高，且當(dāng)L/D達(dá)到某一值時(shí)，影響將逐漸消失。
　　 最后，本文又研究了紡制PAN基碳纖維原絲常用的PAN/DMSO體系濕法及干噴濕法的可紡性，其用直觀函數(shù)Vlm-出凝固浴的第一輥?zhàn)畲缶砝@速度來(lái)表征。在影響聚合物可紡性的因素中，我們研究了凝固浴條件、空氣層高度、非溶劑(NSA)含量、紡絲溫度和紡絲原液濃度等幾種重要的因素對(duì)于干噴濕法紡絲可紡性的影響，并與濕法紡絲作了比較。研究結(jié)果表明，對(duì)于干濕法紡絲來(lái)說(shuō)，