湿法纺丝过程中微观动力学参数对纤维形态的影响

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为了制得高性能纤维,提高原丝质量是我们当前的主要目标。湿法纺丝可以生产出性能优良的纤维,但是其过程中各种因素对纺丝形态的影响尚未清楚,本论文的工作主要围绕湿法纺丝过程中相变行为的计算机模拟而展开,以期从原丝成形机理上探究各种因素对纺丝形态的影响。湿法纺丝体系是典型的非溶剂/溶剂/聚合物三元体系,其成纤过程实质上就是该三元体系的相分离过程,本文的研究工作主要包括两个方面:第三章主要通过二维蒙特卡洛方法模拟湿法纺丝体系的成纤过程。首先重复前人的工作,研究三元体系在不同相互作用参数条件下的相分离形态,确认当聚合物/溶剂的相互作用参数为x23=0.0,聚合物/非溶剂的相互作用参数为x13=1.8时,依次改变溶剂/非溶剂的相互作用参x12,可形成各种典型的膜表面结构形态,具有很好的代表性,即形态分别从微尘状,手指状,变化到致密的结构。然后系统地改变体系的动力学参数,得到有代表性的纤维形态。当高分子在溶剂中的运动较快,或者非溶剂扩散较慢,在非溶剂进入并造成分相之前,高分子有充足的时间调整构象进入富集区域,所以使得纺丝形态更致密;相反,当高分子在溶剂中的运动较慢,或者非溶剂扩散较快,在各组分浓度变化造成分相之前,高分子没有充足的时间调整构象,则会使得纺丝形态更疏松多孔。说明动力学因素是决定最终成纤形态的又一直接因素。综合考虑成膜过程中聚合物浓度组成改变的路径图和Monte Carlo模拟相分离形态,启发我们提出了解释纺丝过程中最终相分离形态的新的可能机理。它可以很好的解释前人实验中常见的一些现象。我们相信这一机理对于生产无孔纤维原丝的条件选择有指导意义,对于制膜体系也可适用。第四章中我们采用了三维蒙特卡洛模拟方法,并选取适用于三维模型的模型和参数进行模拟,得到了和二维模型相一致的结论。佐证了第三章中所采用的二维蒙特卡洛模型可以基本反映真实的物理过程,并且较之三维模型可以极大地提高计算效率,因此值得采用。同时对湿法纺丝模型进行的三维蒙特卡洛模拟的程序也可以用于其它三元相分离体系中。
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