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《东华大学》 2004年
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高强Lyocell纤维及其用于碳纤维原丝的研究

彭顺金  
【摘要】: 本文简要介绍了碳纤维工业的发展概况,对比分析了国内外纤维素碳纤维及其原丝的基本性能和研究状况,总结了纤维素结构与性能的研究成果和高性能纤维素纤维的制备工艺。为了制备高性能的Lyocell纤维,文中研究了高相对分子质量纤维素((?)>1000)在NMMO·H_2O溶剂中的溶解及其溶液的流变学性质;探讨了用高相对分子质量纤维素/NMMO·H_2O体系纺丝制备高性能的Lyocell纤维过程中纤维素原料和工艺条件对纺丝性能及Lyocell力学性能的影响;考察了高相对分子质量纤维素原料纺Lyocell纤维的结构与性能的特征。为了充分利用现有Lyocell纺丝技术的最新成果制备高性能的Lyocell纤维,本文选择了用相对分子质量高于普通纤维素纺丝原料((?)600左右)的纤维素浆粕((?)818)进行纺丝,系统研究了用NH_4Cl改性这一纺丝体系来制备高性能的Lyocell纤维。最后,本文还对比研究了粘胶碳纤维原丝和lyocell纤维以及由它们制备的碳纤维的形态结构与性能,考察了Lyocell原丝的性能对碳纤维强度的影响,并用反气相色谱方法初步表征了Lyocell基碳纤维的表面性质。 高相对分子质量纤维素的溶解研究表明,不同类型的纤维素原料在NMMO·H_2O溶剂中的溶解性能有较大的差异;和低相对分子质量((?)500~700)的纤维素浆粕不同,高相对分子质量的纤维素在NMMO·H_2O溶剂中的溶解过程很难观察到纤维素在溶剂中的分散过程;高相对分子质量纤维素在NMMO·H_2O中的溶解速度及其相应的纤维素纺丝溶液的流变性质和普通纤维素相比表现出更强烈的温度依耐性;纤维素的相对分子质量愈大,纤维素/NMMO·H_2O溶液的粘流活化能愈高,假塑性行为愈显著,临界剪切速率越低;动态力学实验结果表明,纤维素溶液的粘弹性可以分成两个区域,在低频区,纤维素溶液表现出更多的粘性性质,而在高频区,则更多地表现出弹性性质,随着纤维素相对分子质量增加,动态模量交点向低频区移动,即溶液的弹性增大;比较GPC和溶液动态粘弹性测定的实验结果表明,高相对分子质量纤维素/NMMO·H_2O溶液的动态模量G′和G″频率谱的交点与纤维素在溶液中表观相对分子质量的大小及分布相关。 研究不同高相对分子质量纤维素原料纺丝发现,使用某些高相对分子质量的 东华大学博士论文 摘要 纤维素原料进行纺丝是制备高强Lyocell纤维的有效途径之一。与低相对分子质 量纤维素原料纺丝相比,纺丝工艺参数对高相对分子质量纤维素纺场ocen纤维 力学性能的影响表现出了一定的特殊性。除此之外,高相对分子质量纤维素的种 类和纤维素材料的前处理对于切ocell纤维素的溶解和纺丝性能有较大程度的影 响;实验还发现在高相对分子质量纤维素纺丝原料中掺入少量较低相对分子质量 的纤维素可以改善最终纺丝溶液的纺丝性能。 形态学观测发现,高相对分子质量纤维素纺Lyocell纤维呈现光滑的表面和 圆形的截面形态结构特征,其皮芯层结构比较均匀;结构分析表明,高相对分子 质量纤维素纺Lyocen纤维和其它再生纤维素纤维有相同的化学结构和晶体结构 (都为纤维素11结晶变体),在相同纺丝条件下,由低浓度高相对分子质量纤维 素纺丝溶液纺制的切ocell纤维其结晶程度比较高浓度低相对分子质量纤维素纺 丝液得到的切。cell大,晶粒尺寸要比后者长;DMTA的实验结果分析表明, Lyocell纤维的无定型区域并不是各向同性均相结构,而是由无序到逐步有序的 多相结构,且高相对分子质量Lyocell的无定型区内氢键的作用程度比低相对分 子质量Lyocell大;结构与性能实验数据分析表明,高相对分子质量场ocell的双 折射率、平均聚合度、结晶度、晶区和非晶区的取向因子乘积的对数分别与纤维 的拉伸强度和模量的对数成一定的线性关系。 在纤维素州MMO·HZo纺丝体系中,少量氯化钱的加入不仅可以显著改变纤维 素纺丝溶液的加工和流变性能,而且还影响着最终Lyocen的结构与性能且随纤 维素的相对分子质量和氯化钱的加入量的增加这一影响更为显著;在相同的纺丝 条件下,氯化按的存在显著改变了最终Lyocen纤维的结晶结构和取向结构,从 而改善和提高了Lyocen纤维的力学性能。在分析氯化按对纺丝溶液性质和最终 纤维性能影响的基础上,本文提出氯化按对纤维素/NMMO·HZo纺丝体系改性的机 理。 结构对比分析和T以分析的实验结果表明,Lyo Cen纤维和传统的粘胶碳纤 维原丝有着不同的形态结构和超分子结构,MS一TGA同步分析的实验结果证实 LyoCen纤维热分解性能和粘胶原丝也有较大的差异。因而采用Lyocen原丝制 备碳纤维的最佳工艺条件应该与粘胶原丝的氧化炭化工艺不尽相同。实验数据分 夕 东华大学博士论文摘要 析表明,Lyocen纤维的拉伸强度和纤度对最终碳纤维的强度有显著的影响;在 相同的工艺条件下,用LyoCen制备的碳纤维的拉伸强度高于粘胶碳纤维,且两 种碳纤维有着不同的形态结构和表面性质,因此, Ly。Cen基碳纤维是一种新型的碳纤维材料。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ340

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【引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 彭建政;何广杰;周灵源;;灰色聚类方法在建筑结构鉴定中的应用[J];四川建筑科学研究;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 郑作亚;卢秀山;陈永奇;;附有指数系数的灰色模型及其在实时GPS卫星钟差预报中的应用研究[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
7 刘静;;消防指挥决策灰色关联分析方法研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(四)[C];2007年
8 张欣海;李智毅;王建锋;;灰色聚类方法在山区城市环境地质质量评价中的应用[A];第四届全国工程地质大会论文选集(三)[C];1992年
9 敖文波;夏斌;胡光道;;模糊综合评判在航空伽玛能谱参数解释评价中的应用[A];泛珠三角港澳台地区地球物理研讨平台成立暨首届学术交流会论文集[C];2009年
10 李亭;李平;吴杰;余希立;戴迎春;;基体预处理对石墨毡上纳米碳纤维生长量的影响[A];第2届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 曲建军;基于提速线路TQI的轨道不平顺预测与辅助决策技术的研究[D];北京交通大学;2011年
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4 鲁江;碳纳米管/Lyocell纤维的研制及其应用初探[D];东华大学;2010年
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6 魏晋宏;预测控制在工业生产过程中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
7 雷军;宜万铁路施工期隧道岩溶突水地质灾害形成规律与危险性评估方法研究[D];北京交通大学;2011年
8 杨雪薇;木质纤维素大分子白腐菌改性机制及热解性质研究[D];华中科技大学;2011年
9 赵俊;结构健康监测中的测点优化布置方法研究[D];暨南大学;2011年
10 牛敏;木材多元醇液化物的结构表征及缩聚反应路径[D];北京林业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘文伍;杉木树矿井瓦斯地质规律及瓦斯预测研究[D];河南理工大学;2010年
2 黄丹;郑州市区深部地热资源水利用优化配置[D];河南理工大学;2010年
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4 李科;地下工程结构耐久性分析与评价[D];郑州大学;2010年
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6 叶公伟;基于模糊优选的PPP项目特许权决策模拟研究[D];大连理工大学;2010年
7 井锋;大连市水资源系统恢复力评价研究[D];辽宁师范大学;2010年
8 李新艳;企业持续成长评价研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 庞大芳;通风系统优化改造技术及其在屯兰矿的应用研究[D];辽宁工程技术大学;2008年
10 雷康;软土路基沉降的组合预测方法研究[D];长沙理工大学;2010年
【同被引文献】
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4 章颂云,宋怀河,郑妙生,陈晓红;酚醛树脂热解炭的制备及其电化学行为的研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2004年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 杨庆;高强度壳聚糖纤维的制备及结构性能研究[D];东华大学;2005年
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7 唐爱民;超声波作用下纤维素纤维结构与性质的研究[D];华南理工大学;2000年
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9 徐国永;碳纳米管/聚合物杂化材料的制备与微结构研究[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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5 马晓军;赵广杰;;炭化条件对木材苯酚液化物碳纤维性能的影响[J];复合材料学报;2008年05期
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10 赵广杰;张求慧;;木质生物质的液化及其产物的高效利用研究进展[J];生物质化学工程;2008年06期
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10 袁颂东;氮化硼纳米材料的制备及性能研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石彦平;拉曼光谱研究碳纤维的微观结构和性能[D];东华大学;2011年
2 孔祥依;短碳纤维表面化学镀镍及其复合材料屏蔽性能研究[D];太原科技大学;2011年
3 强成文;碳纤维表面的磁性涂层包覆及其吸波性能研究[D];兰州大学;2011年
4 周勇;镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的制备及吸波性能研究[D];武汉理工大学;2011年
5 王存涛;等离子体改性PAN基碳纤维/聚酰亚胺界面强度的研究[D];东华大学;2011年
6 柯倩兰;常压等离子体处理对国产PAN基碳纤维表面性能影响的研究[D];东华大学;2011年
7 李春华;双螺杆挤出法制备碳纤维增强聚碳酸酯复合材料的研究[D];青岛大学;2010年
8 周娟娟;免疫吸附磁性涂层碳纤维的研究[D];中南大学;2010年
9 范大鹏;超临界二氧化碳对碳纤维的表面处理[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 张慧玲;碳纳米管/碳纤维多尺度增强体组织性能研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
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