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解析干濕法紡絲工藝制備聚丙烯腈原絲
集萃印花網(wǎng)  2010-01-29

    【集萃網(wǎng)觀察】1聚丙烯腈(PAN)共聚物的組成及其結構

    聚丙烯腈原絲中添加共聚組分是為了增進它的預氧化過程和環(huán)化架橋作用。共聚物原絲比均聚PAN原絲熱氧化過程平穩(wěn)、引發(fā)溫度低、放熱量分布寬,預氧化工藝容易控制。共聚單體以乙烯基類單體為多數(shù),一般共聚單體質(zhì)量分數(shù)控制在5%以下,最好在2%以下。國內(nèi)原絲大多采用丙烯腈(AN)—丙烯酸甲酯(MA)—依康酸(ITA)三元共聚物或者AN—二元共聚物。而日本原絲中含有氨基組分,含量為0.05%一10%(wt,下同)。

    采用高相對分子量PAN樹脂為原料是提高PAN原絲強度的一種途徑。東麗公司研究表明,PAN聚合體的特性粘數(shù)[η]最好在1.5以上,但考慮到分子量對紡絲穩(wěn)定性的影響,[η]要在5.0以下。

    原絲的立構規(guī)整性對碳纖維的性能也有重要的影響,日本旭化成工業(yè)公司的專利技術。采用高立構規(guī)整度的PAN原絲(等規(guī)度=0.52),制成性能優(yōu)良的碳纖維,其抗張強度可達5.86Gpa。

    為了抑制原絲燒成碳纖維過程中石墨晶體的成長,以改善高模量碳纖維的壓縮強度,東麗公司在原絲紡絲過程中在含聚丙烯腈的二甲基亞砜(DMSO)溶液中摻入共混組分,如:聚醋酸乙烯、醋酸酯纖維索、聚乙烯醇或聚乙烯醇縮甲醛等。

    2干濕法紡絲工藝的特點

    干濕法紡絲又稱干噴濕紡法,其做法是從噴絲孔擠出的紡絲原液在進入凝固浴之前先經(jīng)過一段空氣層。與濕法紡絲相比,干濕法紡絲可以進行高倍的噴絲頭拉伸,因此紡絲速度高;干濕法紡絲還適合加工高濃度的紡絲原液,其紡絲原液的粘度可達50一100Pa·s。QianBaojun等系統(tǒng)地研究過PAN干濕法紡絲的工藝過程,認為干濕法紡絲可在空氣層中形成一層致密的薄層,可以阻止大孔洞的形成,從而優(yōu)于濕法紡絲。用干濕法紡絲得到的纖維,結構比較均勻,皮芯層差異小,強度和彈性均有提高,截面結構近似圓形,纖維表面光滑,纖維內(nèi)部缺陷少。用此法得到的PAN纖維適合作為碳纖維原絲。

    干濕法紡絲過程中,液流極易沿噴絲頭表面發(fā)生漫流,或絲條之間發(fā)生粘并。這些現(xiàn)象與聚合體溶液的粘彈性、表面張力和形變速率,以及噴絲板材質(zhì)、噴絲孔的間距和幾何形狀有關。合理選擇聚合體分子量、溶液含固量、紡絲漿液溫度即控制紡絲原液的粘度是很關鍵的。通常隨著紡絲原液粘度的提高,原液與噴絲板之間表面張力的減小,原液擠出速度的增大,噴絲頭拉伸速度的增大及噴絲孔間距的增大,漫流現(xiàn)象及絲條粘并現(xiàn)象會減輕。

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