PAN纤维径向结构及其表征方法的研究

以湿法纺丝制备的聚丙烯腈(PAN)纤维为研究对象,将纤维在二甲基亚砜(DMSO)水溶液中进行溶解,通过其溶解特征探讨了纤维的溶解机理,进而对纤维的径向结构进行分析表征,并结合红外测试分析了其径向结构对预氧化进程的影响。结果表明:PAN纤维的溶解机理为自内向外进行;通过纤维的溶解特征可分析出纤维径向结构,且与红外测试所得结论相同;凝固浴温度在45℃时与25℃相比,所得纤维径向上皮层及芯层更致密,过渡区域更疏松;预氧化进程初期,氧气更易在致密程度更低更疏松的纤维径向上发生扩散。

聚丙烯腈纤维烯胺结构的形成及其氧化特性的研究

将聚丙烯腈(PAN)纤维在惰性气氛下进行热处理,通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、1 3C固体核磁共振(13C-NMR)、差示扫描量热(DSC)等方法研究了PAN纤维中烯胺结构的形成及其氧化特性。结果表明:惰性气氛下PAN纤维在热处理过程中氰基发生键断裂形成亚胺结构,并在温度达到190℃时开始向烯胺结构转变;随着热稳定化过程的进行,亚胺结构增加到一定程度后呈现下降趋势,而烯胺结构不断增加;热处理温度越高,亚胺结构向烯胺结构转变的越多且速率越快;将在惰性气氛下经不同温度热处理得到的PAN纤维进行空气气氛下的DSC分析,发现氧化反应的放热量与烯胺结构含量存在较好的线性关系,表明烯胺结构比其他特征结构更容易发生氧化反应。

凝固张力对聚丙烯腈初生纤维凝聚态的作用机理

控制纺丝工艺中外场条件恒定,通过改变单因素凝固张力制备聚丙烯腈(PAN)初生纤维。运用X射线衍射、傅里叶变换红外、张力仪进行研究,探讨凝固张力对初生纤维凝聚态的影响,并分析其内在作用机理。结果表明,在凝固相分离过程中,凝固张力值影响着分子链构象状态和初生纤维的结晶性;随着凝固张力的增大,分子链螺旋构象成分逐渐增多,结晶度先降低后升高。外加凝固张力和内部分子链构象共同影响着初生纤维的结晶性。

聚丙烯腈溶液凝固体系中组分间相互作用及其演变

采用衰减全反射傅里叶变换红外(ATR FT-IR)研究了聚丙烯腈(PAN)/二甲基亚砜(DMSO)溶液在乙二醇作用下的凝固过程,利用二维相关分析方法对得到的红外谱图进行再处理,解析出相关峰之间的相互关系;进而从分子尺度上通过对特定基团的分析,研究了组分间相互作用及其演变规律,揭示了PAN溶液的凝固过程。结果表明,溶剂DMSO在PAN溶液中以单分子和聚集体的形式共存,对—CN形成一定的束缚隔离作用;随着凝固剂乙二醇分子的进入,由于DMSO和乙二醇之间较强的相互作用导致其逐渐从聚合物分子链间排出,DMSO分子团对—CN的束缚隔离作用被减弱;同时,PAN分子链间距缩小,当某一区域的DMSO减少到一定程度,PAN分子链由于—CN之间偶合交联作用相互靠近排列而发生宏观上的凝固现象。