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氨化对聚丙烯腈溶液双扩散行为的影响和机理研究

杨烨  
【摘要】:聚丙烯腈溶液成形过程的控制对PAN基碳纤维原丝的性能至关重要。传统的湿法纺丝方法制备的聚丙烯腈原丝会出现皮部致密芯部疏松的皮芯结构。通过改变凝固浴浓度和温度调控原丝的径向均质性有一定的限度。所以国内外很多学者通过氨化调整分子间的作用力来改变径向均质性。但是目前关于氨化后聚丙烯腈溶液扩散速度和相分离情况的内容却鲜有涉及。所以本课题主要研究了氨化对聚丙烯腈溶液双扩散和相分离的影响。通过显微拍照法借助绘图软件衡量在相同时间内聚合液的相对扩散距离来表征扩散速度。实验发现经过氨化改性的聚合液扩散速度明显上升。采用浊点滴定法绘制三元相图,通过分析三元相图得出结论:氨化改性的PAN聚合液相分离需要更多的凝固剂水,相分离过程趋缓。在显微镜观察相分离过程中形成的孔洞结构发现,氨化改性后的聚合液在相分离过程中形成的孔洞较少,径向更均质。通过静态接触角方法发现氨化之所以能够提高双扩散速度减缓相分离过程是因为氨化后亲水性提高、表观粘度上升。但是通过凝胶渗透色谱(GPC)和转化率测定表明氨化对聚合进程并没有明显影响。在红外光谱和紫外光谱法测试中,氨化是衣康酸和氨水之间发生反应。但是这种结合是不稳定的,通过加热或剧烈振荡可以破坏这种结构。最终,本论文认为造成双扩散速度变快和相分离过程减缓的原因是铵根离子的引入使得大分子的亲水性增加。但是铵根离子和衣康酸中羧基的结合是不稳定的。在剧烈振荡和80℃高温水浴下这种结构会被破坏。


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