微纳层叠带状聚丙烯腈初生纤维的制备及性能研究

以聚丙烯腈(PAN)和二甲基亚砜(DMSO)为原料,采用新型微纳层叠挤出技术制备了微纳层叠带状聚丙烯腈(PAN)基初生纤维,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机对初生纤维的性能进行了研究。分析了纤维凝固成形过程中空气层高度、凝固浴温度、凝固浴浓度对微纳层叠带状PAN初生纤维性能的影响。结果表明:层叠带状PAN初生纤维相比于传统圆形截面纤维,在纺丝过程中能保持良好的带状截面不变形;并且在空气层高度为30mm,凝固浴温度为45℃,凝固浴浓度为40%工艺条件下制备的层叠带状PAN初生纤维综合性能较好,获得了结晶度为31.3%,晶粒尺寸为4.53nm,拉伸强度为14.60MPa的层叠带状PAN初生纤维。

二甲基乙酰胺体系聚丙烯腈初生纤维的制备与结构探究

为了探明工艺条件对初生纤维结构与性能的影响,采用旋转黏度计法研究了聚丙烯腈(PAN)含量对其纺丝液黏度的影响。实验结果表明,PAN含量增大,纺丝液的非牛顿流体特性增大。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了凝固浴条件(纺丝液浓度、凝固浴温度、凝固浴液浓度、凝固时间)对初生纤维结构的影响。结果表明,纺丝液浓度为20%、凝固浴温度为60~65℃、凝固浴液浓度(质量分数)为65%、凝固时间为30 s时,有利于制备表面光滑、圆形截面的PAN初生纤维。

缓冷条件对TLCP初生纤维分子链取向和力学性能的影响

采用熔融纺丝法在不同缓冷条件下制备热致液晶聚芳酯(TLCP)初生纤维,研究不同缓冷条件下TLCP初生纤维的分子链取向及结晶度,以及缓冷条件对纤维力学性能的影响。结果表明:缓冷条件的变化对TLCP初生纤维的结晶度几乎没有影响,但对于其分子链取向的影响较为显著;当缓冷温度固定在280℃、缓冷高度由80 mm降为40 mm时,TLCP初生纤维的取向因子(f)由0.945增加至0.964,当缓冷高度固定为80 mm、缓冷温度由280℃变为无缓冷时,纤维的f由0.945提高至0.970;TLCP初生纤维的断裂强度随着缓冷温度的降低而增大,随着缓冷高度的增加而降低;当缓冷高度固定为80 mm、缓冷温度由280℃变为无缓冷时,TLCP初生纤维断裂强度由5.9 cN/dtex增加至8.7 cN/dtex,当缓冷温度固定为280℃、缓冷高度由40 mm增至80 mm时,纤维断裂强度由7.3 cN/dtex下降至5.9 cN/dtex。

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。

凝固条件对PAN初生纤维微孔结构形态的影响

采用一维多取向小角X射线散射研究了聚丙烯腈细流在凝固过程中,凝固浴温度、浓度以及喷丝头拉伸比对初生纤维中微孔结构形态的影响。结果表明,凝固温度由30％提高到60℃时,微孔沿纤维轴取向增强,微孔尺寸减小,但微孔数量增加;凝固浴质量分数由67．5％升高到76．0％,微孔数量减少,但微孔尺寸变大,微孔沿纤维轴取向减弱;喷丝头拉伸比为-36．7％-10％时,微孔尺寸和取向角都增大。在凝固浴温度为52-55℃,凝固浴质量分数为70％,选择负拉伸能得到性能优异的初生纤维。

凝固条件对PAN初生纤维微结构的影响

通过湿法纺丝工艺制备聚丙烯腈(PAN)初生纤维,借助于X射线衍射仪、声速仪、扫描电子显微镜、小角X光散射仪等,研究了凝固浴温度、凝固浴浓度、喷丝头拉伸等凝固条件对初生纤维晶态结构、取向结构、形态结构的影响。结果表明:PAN纤维的凝聚态结构和形态结构在初生纤维形成时已基本形成;PAN初生纤维的结晶度达40%以上,其结晶度和结晶尺寸受凝固浴温度和浓度的影响;PAN初生纤维和原丝的晶区取向和全取向随着喷丝头拉伸的增大而增大;PAN初生纤维具有沿纤维轴向高度取向的沟槽,通过改变成形条件,可以获得沟槽浅且规整性完美的纤维表面;提高凝固浴浓度,可以形成结构均质、致密的PAN初生纤维,避免皮芯结构及芯部出现较多孔洞。

影响湿纺PAN初生纤维取向和性能因素的探讨

采用声速法、X射线衍射、沸水收缩率、密度分析等分析检测手段,研究了湿纺凝固浴浓度和温度对初生纤维聚集态取向和性能的影响。研究表明:凝固浴浓度为70%,凝固浴温度为50℃,初生纤维的总体取向、晶区和非晶区取向较大,并且具有圆形的截面、较大的体密度。

纺丝溶液的挤出对聚丙烯腈初生纤维表面形态的影响

采用旋转流变仪并结合Tanner黏弹性流体挤出胀大方程研究了剪切对聚丙烯腈/二甲基亚砜(PAN/DM-SO)溶液挤出胀大的影响,用原子力显微镜(AFM)研究了挤出速度对PAN初生纤维表面粗糙度的影响规律。结果表明:随着挤出速度的增大,体系的挤出胀大比逐渐增大,当挤出速度大于90m/h时,挤出胀大比的变化出现拐点,增大的趋势变缓;聚合物大分子链的回复是初生纤维表面形貌形成的主要原因,湿法纺丝过程中,挤出速度低于90m/h时初生纤维表面粗糙度随着挤出速度增加而减少,在较高挤出速度时,随着挤出速度增加而增加;干湿法纺丝初生纤维的表面粗糙度明显低于湿法纺丝,并且随挤出速度的增加而增大。

聚酰亚胺初生纤维的形态结构

以聚酰亚胺浓溶液为纺丝浆液 ,以乙醇及其与水的混合物为凝固浴 ,采用干湿法纺丝工艺路线纺制聚酰亚胺纤维。用扫描电子显微镜研究了初生纤维形态结构 ,发现聚酰亚胺初生纤维的内部孔洞较小 ,而且受凝固浴配比的影响也较小。

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。

凝固浴拉伸对碳纤维前驱体PAN初生纤维结构及性能的影响

采用高锰酸钾反滴定法、X射线衍射法、电子探针、纤维纤度仪及强力仪等考察了聚丙烯腈纤维在湿法成形过程中,凝固浴拉伸对溶剂二甲基亚砜的扩散系数、残留溶剂含量、S元素含量、初生纤维结晶性能、截面形貌及初生纤维应力-应变曲线的影响。结果表明,在凝固浴温度、浓度、凝固时间一定的情况下,表观负牵伸为-10%时,溶剂二甲基亚砜的扩散速率较快,残留溶剂量较小;同时,出浴初生纤维表现出了较均匀、规则的横截面形貌,较好的结晶度以及韧性良好的应力-应变曲线。

PAN/DMSO溶液的挤出对初生纤维结构的影响

应用扫描电子显微镜（SEM）和x射线衍射仪（XRD）研究了在一定的凝固条件下，挤出剪切速率（γ）对聚丙烯腈（PAN）初生纤维聚集态及形态结构的影响规律。结果表明：随着γ的增加，初生纤维的结晶度增大，晶粒尺寸减小；初生纤维的表面上产生了沿着轴向分布的沟槽，γ越高，沟槽越深，初生纤维的截面结构变得不均匀，出现了一些大孔和皮芯结构；随着γ的增加；初生纤维中的二甲基亚砜（DMSO）残留量增加。控制γ在11721—14651s-1，PAN／DMSO溶液流动性能好，可获得表面沟槽均匀、缺陷少、晶粒尺寸小且结晶度高的结构致密的PAN初生纤维。

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。

复合纺丝法制备PEG/PVA相变储能初生纤维

采用不同相对分子质量的聚乙二醇(PEG)与聚乙烯醇(PVA)进行湿法复合纺丝制备PEG/PVA相变储能初生纤维,对PEG与PVA溶液的相容性、PEG的凝固性能、PEG/PVA纤维的相变潜热及纤维形貌进行了研究。结果表明:PEG 2000与PVA复合纺丝得到的相变储能初生纤维具有较高的相变潜热,PEG 2000与PVA的质量比小于3:10时,PEG 2000在纺丝过程中流失量较小,纤维截面随着PEG 2000含量的增加而由肾形向圆形变化。

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。

干燥法制备聚丙烯腈初生纤维样品的研究

采用湿法纺丝得到聚丙烯腈(PAN)初生纤维,干燥后得到PAN初生纤维样品。利用电阻法确定初生纤维的共晶温度;获得初生纤维的冻干曲线;通过压汞法对初生纤维孔结构进行表征,并对比考察了鼓风干燥、自然风干和冷冻干燥对样品截面形貌的影响。结果表明:初生纤维的共晶温度为-55℃;鼓风干燥会使样品收缩,纤维间发生粘连,原有形貌被破坏;自然风干使样品的截面积和周长分别收缩了20.66%、10.67%,形状系数变化率为3.52%。而冷冻干燥时样品的截面积和周长仅收缩了1.21%、1.15%,形状系数变化率为1.13%。冷冻干燥有效地保留了PAN初生纤维的固有原始结构,可用于制备各种分析的样品。

PET/LCP共混体系可纺性及其初生纤维结构

通过在 PET和热致性液晶高聚物 (TL CP)共混体系中加入扩链剂双 (2 - 唑啉 ) (BOZ)进行反应性共混纺丝 ,并对初生纤维的结构与性能进行了表征。发现由于扩链剂的作用 ,在 PET与 LCP之间的扩链反应生成部分具有嵌段结构的共聚酯 ,改善了体系的相容性和界面粘结性能 ,提高初生纤维的强度 ,但初生纤维的取向度降低 ,模量和伸长也降低。

自透析法再生丝素初生纤维的结构性能分析

以溴化锂/乙醇作混合溶剂溶解脱胶后的丝素,获得了成型性良好的纺丝溶液,然后将制得的溶液进行湿法纺丝,得到了较均匀的初生纤维,用SEM、FTIR、X-射线衍射、TGA等分析手段对湿纺丝素初生纤维的结构进行了分析,并与天然丝素纤维的结构进行了比较,表明再生丝素初生纤维具有比较松散的结构,并具有较低结晶程度。研究结果为纤维拉伸等进一步后加工打下了基础。

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。

尼龙6/PP-g-马来酸酐共混物及其熔纺初生纤维性能研究

用马来酸酐接枝聚丙烯共聚物(PP-g-MAH)对尼龙6进行共混改性,通过双螺杆挤出机共混制成切粒,接着将切粒烘干后进行熔融纺丝,研究共混改性尼龙6(MPA)及其初生纤维的力学性能。研究结果表明:熔体流动速率随着PP-g-MAH的增加而减小;而MPA初生纤维的最大可拉伸比和不同拉伸倍数下的拉伸丝模量都呈先增大后减小的趋势,都是在马来酸酐接枝聚丙烯含量为10%时达到最大值。