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先驱体转化法是目前制备连续SiC纤维最成功的方法,该法包括先驱体聚碳硅烷(PCS)的合成、熔融纺丝、PCS纤维不熔化及高温烧成等工序。其中,PCS纤维纺丝成形过程研究是SiC纤维制备技术研究的基础内容之一,对于提高SiC纤维性能品质和纺丝效率具有重要意义。本文以PCS熔融纺丝的成形过程为研究对象,运用GPC、IR分析原料特性与可纺性之间的关系;研究了熔融纺丝态下PCS的流变特性,得到PCS流体的流变学参数,绘制出特定PCS的粘温曲线;分析了PCS纤维成形过程中的运动学特征,得到了纺丝线上的直径、速度场分布,确立了固化区的范围;并运用声速取向仪、XRD、DTA考察了成形过程中PCS纤维的微观结构变化;最后,从工艺研究的角度,探讨了冷却条件、纺程、气流变化对成形过程稳定性的影响。 研究发现,聚碳硅烷的初熔温度和熔距与分子量、分子量分布、支化度及可纺性密切相关。PCS分子量增大,初熔温度升高;分子量分布加宽,熔距增大,相应地支化度增加,可纺性降低。从综合优化的角度出发,具有良好可纺性的PCS,其初熔温度应为190℃C<Ta<220℃,熔距△tab<15℃,相应的(?)/(?)<2.5,ASi-CH2/ASi-CH3<1.2。PCS熔体为切力变稀流体,其非牛顿指数n为0.6~0.95,熔体粘流活化能Eη 约为190~230kJ/mol,熔体表观粘度η?约为20Pa·S时成形状态良好。 本文首次对PCS成形过程运动学展开研究,结果显示:纤维在离开喷丝板约15~20mm处开始固化,固化区长度为1~20mm,仅为普通化纤高聚物熔融纺丝固化区长度的1/75~1/25;同时,提高纺丝温度,增加牵伸速率,将使固化区长度增加。对PCS纤维成形过程的微观结构研究表明:PCS纤维中没有结晶产生,不存在晶区取向,但受拉伸流场的作用,存在微弱的大分子取向。 在成形工艺研究中发现,采用向下的环行吹风,提高介质温度,控制纺程在90cm左右等措施有利于提高PCS纤维成形稳定性。