新型噴絲頭對PAN基碳纖維用原絲紡絲工藝及纖維性能影響的研究.pdf

1、碳纖維(Carbon Fiber簡稱CF)是指含碳量大于90％的纖維材料，它是一種具有高強度，高模量，耐高溫，耐腐蝕等一系列優(yōu)異性能的新型材料。作為先進復合材料的增強纖維，其已被廣泛地應用在各個領域。碳纖維可以用粘膠、PAN以及瀝青等有機纖維在高溫下碳化而成，隨著科技的快速發(fā)展，PAN基碳纖維已成為了當前碳纖維工業(yè)中的主流。目前，國內外學者一致認為PAN原絲的質量是高性能PAN基碳纖維的關鍵所在。要獲取高性能的PAN基碳纖維，其原絲必須

2、具備高強、高純、高致密性和均勻的纖維結構等性能。
　　 首先，本文主要研究了新型的噴絲頭用材料及其在PAN紡絲工藝中的應用。以盡力避免孔口脹大現(xiàn)象為目的，我們綜合考慮了噴絲頭用材質的基本要求及各種材料的生產加工工藝，并通過接觸角實驗分析了不同材質與PAN/DMSO紡絲溶液間的表面張力，開發(fā)新型的噴絲頭用材料。實驗確定了一種新型的噴絲頭用材料-Si3N4陶瓷材料，其與PAN/DMSO溶液間的表面張力相對較大，且具有“先切割后燒結”

3、的制造工藝，可加工成具有令人滿意的長徑比(L/D)的噴絲頭，能有效地減小紡絲過程中出現(xiàn)的出口膨脹效應，避免紡絲溶液沿噴絲頭表面漫流的現(xiàn)象。同時，在固定的工藝條件下，我們分別使用具有相同幾何條件的新型的Si3N4陶瓷噴絲頭和傳統(tǒng)的1Cr18Ni9Ti不銹鋼噴絲頭來紡制PAN原絲。通過對比紡制出的PAN初生纖維的截面形狀及直徑大小、PAN原絲的可紡性、結晶度、晶區(qū)取向度以及強度等結構性能，得出了可以采用新型的陶瓷噴絲頭來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬噴絲頭

4、應用于纖維生產工業(yè)中的結論。
　　 其次，本文又著重研究了不同長徑比(L/D)的新型噴絲頭對PAN原絲性能的影響。實驗分別采用濕法、干濕法以及凝膠法進行紡絲，從多方面地分析了長徑比(L/D)對PAN紡絲過程中產生的擠出脹大現(xiàn)象的影響，以及其對PAN原絲的膨潤度、可紡性、結晶度、晶區(qū)取向度及強度等性能的影響。結果表明，隨著L/D的增大，可有效地減小出口膨脹效應，避免PAN/DMSO紡絲溶液沿噴絲板漫流的現(xiàn)象，提高紡絲的穩(wěn)定性；同時

5、，PAN原絲的性能也隨之提高，且當L/D達到某一值時，影響將逐漸消失。
　　 最后，本文又研究了紡制PAN基碳纖維原絲常用的PAN/DMSO體系濕法及干噴濕法的可紡性，其用直觀函數(shù)Vlm-出凝固浴的第一輥最大卷繞速度來表征。在影響聚合物可紡性的因素中，我們研究了凝固浴條件、空氣層高度、非溶劑(NSA)含量、紡絲溫度和紡絲原液濃度等幾種重要的因素對于干噴濕法紡絲可紡性的影響，并與濕法紡絲作了比較。研究結果表明，對于干濕法紡絲來說，