论文部分内容阅读
本论文以PAN/DMSO浓溶液为研究对象,利用流变测试表征手段,研究了PAN/DMSO溶液的剪切流变行为和拉伸流变行为,并根据Tanner粘弹流体挤出胀大方程,对纺丝过程中溶液的挤出胀大过程成功实现了数值模拟;在此基础上通过干湿法纺丝制备了PAN初生纤维,借助光学显微镜、SEM、AFM、XRD等表征手段研究了纺丝溶液的剪切和拉伸对PAN初生纤维表截面形态和聚集态结构的影响,阐述了PAN/DMSO体系干湿法纺丝凝固成形过程中空气层对纤维表截面形态的作用。研究结果表明:(1)PAN/DMSO浓溶液的零切粘度随浓度的提高呈指数增大,随温度的升高呈线性下降;体系符合聚合物溶液的切力变稀特性,并且在低浓度下存在切力变稀的转折点。(2)根据Tanner粘弹流体挤出胀大方程,结合PAN/DMSO溶液剪切流变数据,数值模拟了不同喷丝头剪切下的挤出胀大比;随着挤出速度的提高,即喷丝头剪切速率的增加,挤出胀大比基本呈线性增加。(3) PAN浓溶液随剪切速率的提高存在粘弹转变点,粘弹转变点随浓度的提高呈指数下降,随温度的升高呈线性增大。(4)干湿法纺丝过程中,纺丝溶液的喷丝头剪切基本不影响初生纤维的截面形态,提高喷丝头牵伸有利于制备圆形截面PAN初生纤维。(5)喷丝头剪切和牵伸影响初生纤维的表面形态。聚合物细流在凝固双扩散下会先形成柔软的皮层,细流内部未凝固的聚合物分子由于弹性回复使得丝条内部产生应力,在应力作用下柔软皮层发生形变,从而产生不平整的表面结构。在一定凝固成形条件下,随着PAN浓溶液挤出速度的增大,PAN初生纤维的表面粗糙度先减小然后增大;随着牵伸的增大,PAN初生纤维的表面粗糙度逐渐增大。(6)在干湿法纺丝过程中,喷丝头剪切和牵伸对PAN初生纤维结晶度和晶粒尺寸的影响不明显,初生纤维的晶区取向因子随PAN浓溶液挤出速度和牵伸的提高逐渐增大。