發(fā)布時間：2021-10-22 08:29

　　研究碳纖維在我國的發(fā)展歷程,認為原絲是制約我國碳纖維發(fā)展的主要原因之一,而原絲質(zhì)量的優(yōu)劣在很大程度上取決于紡絲過程與物質(zhì)擴散相關(guān)的工藝環(huán)節(jié)。恒神公司經(jīng)過多年發(fā)展,突破高性能碳纖維原絲的制備技術(shù),仍在不斷優(yōu)化凝固成型、水洗和干燥致密化過程,對提升碳纖維制備水平,降低生產(chǎn)成本具有重要意義。本論文在恒神公司特定的PAN原絲工業(yè)化生產(chǎn)線上研究了紡絲擴散過程的影響因素以及擴散對原絲結(jié)構(gòu)和性能的影響。采用X光衍射（XRD）、光學(xué)顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）結(jié)合體密度、膨潤度和物理機械性能測定等多種檢測方法,研究了凝固、水洗及干燥致密化過程中溶劑DMSO和非溶劑H2O的擴散規(guī)律和對PAN纖維結(jié)構(gòu)和性能的影響。得到以下研究成果:1.濕法紡絲凝固過程中,PAN初生絲條中溶劑（DMSO）不斷減低,凝固劑（H2O）不斷增加,雙擴散逐漸達到平衡。研究發(fā)現(xiàn),溶劑（DMSO）和凝固劑（H2O）的擴散速度均隨原液中聚合物含量的增加而下降,隨凝固浴溫度的升高而加快,隨凝固浴濃度的升高而降低,隨凝固浴牽伸比的增大而增大。以此指導(dǎo)紡絲工藝參數(shù)設(shè)計方向,即通過合理的降低溫度來降低凝固浴的凝固能力,然后通過濃度控... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－４?ＰＡＮ基碳纖維工藝流程??Ｆｉｇ．?１－４?Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＰＡＮ－ｂａｓｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｆｉｂｅｒｓ??１．３．１?ＰＡＮ原液制備及影響因素??

??１．５?ＰＡＮ纖維紡絲的物質(zhì)擴散過程??在ＰＡＮ原絲制備過程中，與物質(zhì)擴散相關(guān)的過程主要有凝固成型過程、水洗過??程和干燥致密化過程。??１．５．１?ＰＡＮ纖維的凝固過程??ＰＡＮ原液經(jīng)凝固成型過程凝固成纖，該過程影響初生纖維結(jié)構(gòu)，擴散的好壞直接??決定了初生纖維質(zhì)量的高低，而初生纖維質(zhì)量的好壞對于ＰＡＮ原絲的質(zhì)量和紡絲的??后處理過程有十分重要的影響。??ＰＡＮ原液通過噴絲板進入凝固浴，因兩者間存在濃差，在濃差的推動下雙擴散不??斷進行傳質(zhì)、傳熱、相平衡。擴散示意圖如圖１－５。當原液細流達到臨界濃度時，原??液析出形成初生纖維［４Ｍ３］。??凝固�。龋博�??ＤＭＳＯ初生纖維??■ＰＩ＇ｖ’??圖１－５?ＰＡＮ初生纖維的溶劑擴散??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｏｌｖｅｎｔ?ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｏｆ?ＰＡＮ?ｎａｓｃｅｎｔ?ｆｉｂｅｒ??凝固浴擴散的速率與溫度、濃度、ＰＡＮ溶液的固含量等相關(guān)。Ｋｕｍａｒ、Ｑｉａｎ、Ｂａｈｒａｍｉ、??呂永根等學(xué)者對此做了較為等專家學(xué)者團隊對此做了較為深入的研究。Ａ?ｓｈｏｋ等［４４］??認為：空洞數(shù)目受凝固浴溫度條件的影響，在相對較低的凝固成型溫度條件下，纖維的??致密能夠得到改善。Ｂａｏｊｕｎ?Ｑｉａｎ等［４５］研宄者也得到了同樣的結(jié)論。８．凡８＆１１１＾１１１丨等［４６］??設(shè)定單一凝固浴濃度５５％，觀察溫度變化發(fā)現(xiàn)，溫度升高與纖維孔洞增大，而密度和??韌性下降。呂永根［４７］等認為濃度是擴散的又一關(guān)鍵變量。有文獻提出，濃度的提升與??擴散系數(shù)呈負相關(guān)性。ＨｃｍＣｈｅｎ等［４８］的研宄得出了相同的結(jié)論。ＴａｋａｈａＳｈｉ等［４９］的研??究表明，原液在只有單純的凝固劑中成型，

第三章結(jié)果與討論??３．１聚丙烯腈纖維凝固過程雙擴散系數(shù)的研究??聚丙烯腈（ＰＡＮ）溶液經(jīng)噴絲孔進入由二甲基亞砜（ＤＭＳＯ）和水組成的凝固浴??中，液固轉(zhuǎn)化為ＰＡＮ初生纖維。ＰＡＮ初生纖維在凝固浴中經(jīng)過一定的停留時間后，??達到固液平衡和擴散平衡，通過測定初生纖維中溶劑ＤＭＳＯ和非溶劑Ｈ２０的含量隨??停留時間的變化曲線，就可以得到凝固擴散平衡所需的時間。??圖３－１是纖維中溶劑ＤＭＳＯ與非溶劑（Ｈ２０）含量隨凝固時間的變化趨勢圖。由??圖可知，凝固停留時間增加，纖維中ＤＭＳＯ量不斷降低，在超過１７Ｓ后，ＤＭＳＯ量??的變化則較緩慢；纖維中Ｈ２？含量的變化出現(xiàn)先降低后平緩的過程，臨界停留時間也??在１７Ｓ作用。而且還可以看出，在停留時間段內(nèi)，前期兩者含量的變化很迅速，中后??期則逐漸放慢至變化平緩。說明纖維剛進入凝固浴時雙擴散現(xiàn)象顯著，隨反應(yīng)進行，??ＤＭＳＯ和Ｈ２０的滲透壓逐漸降低，雙擴散速率降低，到凝固浴后期，兩者在纖維內(nèi)??外的濃度基本一致，達到擴散平衡的狀態(tài)；此外隨雙擴散進行，纖維相態(tài)由外向內(nèi)逐??漸完成由液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致溶劑和非溶劑移動更加困難，也是雙擴散系數(shù)產(chǎn)生??下降的一方面原因。從生產(chǎn)角度看，雙擴散反應(yīng)迅速，在１５Ｓ作用完成了約８０％的擴??散量，在整個生產(chǎn)線的占比非常小，但對碳纖維原絲和成品的性能影響卻很大，無論??從工藝調(diào)控還是在設(shè)備精度、穩(wěn)定性方面都是我們關(guān)注的重中之重。??９００??［－３５０??＼?????－?３００??一?７５０－?＼??〇＞?＼?－２５０?５??１?＼?■?ｔ??Ｉ?Ｘ??°?４５０－?／?，?＼?？??，／?＊１〇°??３００?？?

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