成形条件对聚丙烯腈超分子结构的影响

论文摘要

本文分别以DMF、NaSCN水溶液、离子液体为溶剂,研究了不同成形方法(凝胶成膜,湿法纺丝,干喷湿纺)和不同工艺条件对聚丙烯腈超分子结构的影响,讨论了超分子结构的改变对聚丙烯腈性能的影响。首先研究了常规溶剂体系(DMF和NaSCN水溶液)成形的聚丙烯腈的超分子结构和性能。结果发现DMF溶剂体系中,聚丙烯腈凝胶膜的晶态结构属于六方晶系,随成膜溶液浓度的增加,PAN凝胶膜的可拉伸性增加,最大拉伸倍率在10以上,最大取向度为92%。NaSCN水溶液体系中,聚丙烯腈纤维的晶态结构与DMF体系一致,为六方晶系,未发现三维有序的晶态结构。纤维在成形时,拉伸倍率可达到16.5倍,经过玻璃化转变温度以上的二次拉伸,纤维力学性能增强,但过大的拉伸倍率会造成纤维力学性能的下降。其次研究了离子液体溶剂体系中成形条件对聚丙烯腈超分子结构的影响。结果发现,纺丝原液浓度越高,纤维的拉伸倍率就越高；随拉伸倍率的增加,纤维内部的晶态结构逐渐完善,溶液浓度在13wt%以上,拉伸倍率>6时,纤维开始出现三维有序的晶体结构,分子链沿纤维轴向出现3/1螺旋构象。小角X射线散射研究表明,随拉伸倍率的增加,纤维中微孔逐渐被拉长,长度>0.5μm,微孔沿纤维轴向取向,取向偏离度<35%。聚丙烯腈粉末与离子液体捏合溶解后纺丝,纤维的韧性明显增强,PAN大分子链能承受高倍的拉伸。高倍拉伸后,纤维出现较为明显的三维有序结构,3/1螺旋构象含量较高。纤维最高拉伸倍率能达到107,对应的拉伸强度最高达到0.52GPa。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚丙烯腈纤维的成形方法
• 1.3 聚丙烯腈超分子结构
• 1.4 聚丙烯腈的力学性能
• 1.5 本文的研究目的和意义
• 1.6 研究内容
• 2 常规溶剂体系中成形条件对聚丙烯腈超分子结构的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.4 小结
• 3 离子液体溶剂体系中成形条件对聚丙烯腈超分子结构的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果目录
• 致谢