聚酰亚胺/聚丙烯腈共混预氧化纤维的制备及其结构与性能的研究

摘要

本文旨在制备一种共混纤维，同时探索一种兼容聚酰亚胺(PI)和聚丙烯腈(PAN)特性的纺丝工艺。这种聚酰亚胺/聚丙烯腈(PI/PAN)共混纤维既能直接作为高性能纤维使用又可以用来制备碳纤维。
　　采用机械共混的方法制备PAA/PAN共混纺丝原液。其中PAA溶液为BPDA/p-PDA/ODA(BPO)三元共聚体系。通过相差显微镜对PAA/PAN体系的相容性进行研究。结果表明，PAA/PAN共混体系相容性良好。采用湿法纺丝制备PI纤维、PAN纤维、PI/PAN纤维。通过FT-IR、2D-WAXD、DSC、DMA、SEM和纤维电子强力仪对纤维的结构与性能进行表征。
　　研究了不同热处理时间对PI纤维、PAN纤维、PI/PAN纤维结构与性能的影响。结果表明，对于PI纤维，酰亚胺化程度随着热处理时间的延长逐渐升高，纤维的取向度、侧向有序度以及力学性能呈先升高再降低的趋势。热处理时间为3min时力学性能最好，为1082MPa。对于PAN纤维，预氧化程度随热处理时间的延长逐渐升高，纤维的力学性能呈先提高再降低的趋势。对于PI/PAN纤维，酰亚胺化程度和预氧化程度同纯体系变化规律一致，且同等条件下较PI和PAN纯体系有所提高。热处理10min的PI/PAN纤维，力学性能最好，可达1151MPa。共混体系中，PI组分对力学性能的贡献更大。
　　本文同时研究了质量比对PI/PAN纤维结构与性能的影响。分别制备了PAN含量为23％、33％、43％的PI/PAN纤维。结果表明，随着PAN含量的增多，亚胺化程度与子午线方向取向度呈现先升高后降低的趋势，预氧化程度逐渐降低，赤道方向取向度逐渐升高。PAN含量为23％时，力学性能最好，且PI/PAN体系相容性良好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 聚合物共混物

1．2．1 聚合物共混的概念及发展

1．2．2 聚合物合金制备的主要方法

1．2．3 聚合物共混物的形态结构以及测定

1．3 聚酰亚胺及聚酰亚胺纤维

1．3．1 聚酰亚胺及聚酰亚胺纤维概述

1．3．2 聚酰亚胺纤维的性能介绍

1．3．3 聚酰亚胺的合成

1．3．4 聚酰亚胺纤维的制备方法

1．3．5 聚酰亚胺的改性

1．4 聚丙烯腈纤维

1．4．1 聚丙烯腈基碳纤维概述

1．4．2 聚丙烯腈原丝制备及分子结构

1．4．3 聚丙烯腈纤维的预氧化过程研究

1．4．4 聚丙烯腈纤维的共混改性研究

1．5 论文的研究内容和选题的意义

1．5．1 选题的目的意义

1．5．2 主要研究内容

1．5．3 本论文的创新之处

第二章 聚酰胺酸(PAA)／聚丙烯腈(PAN)共混溶液的制备与相容性研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验设备

2．2．3 聚酰胺酸溶液的合成

2．2．4 聚丙烯腈溶液的制备

2．2．5 聚酰胺酸／聚丙烯腈共混溶液的制备

2．2．6 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 相差显微镜分析

2．4 本章小结

第三章 不同热处理时间聚酰亚胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰亚胺／聚丙烯腈共混纤维的制备及结构与性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验设备

3．2．3 聚酰亚胺纤维的制备

3．2．4 聚丙烯腈预氧化纤维的制备

3．2．5 聚酰亚胺／聚丙烯腈共混预氧化纤维的制备

3．2．6 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 FT-IR分析

3．3．2 2D-WAXD分析

3．3．3 DSC曲线分析

3．3．4 DMA曲线分析

3．3．5 形貌分析

3．3．6 机械性能分析

3．4 小结

第四章 不同质量比聚酰亚胺／聚丙烯腈共混纤维的制备及结构与性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器设备

4．2．3 不同质量比聚酰亚胺／聚丙烯腈共混纤维的制备

4．2．3 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 FT-IR分析

4．3．2 2D-WAXD分析

4．3．3 DSC曲线分析

4．3．4 DMA曲线分析

4．3．5 形貌分析

4．3．6 机械性能分析

4．4 小结

第五章 结论

5．1 聚酰胺酸／聚丙烯腈共混溶液相容性研究

5．2 新型纺丝工艺路线探索

5．2 热处理时间对PI纤维结构与性能的影响

5．3 热处理时间对PAN纤维结构与性能的影响

5．4 热处理时间对PI／PAN纤维结构与性能的影响

5．5 质量比对PI／PAN纤维结构与性能研究

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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