通用级聚丙烯腈基碳纤维用原丝性能升级的考察

摘要

为提升国产通用碳纤维用PAN原丝的力学性能，原丝需要经过再次沸水牵伸、再次水洗及干燥致密化、再次高温高压蒸汽牵伸等工艺处理。实验结果表明:
　　 １、在实验室设备条件下，沸水牵伸、干燥致密化和高温高压蒸汽牵伸工艺分别最高能把原丝强度提高31.25％、35.6％和39％。这说明国产通用碳纤维用原丝的质量有提升的空间，可以通过再次原丝工艺流程，提高其质量。
　　 2、沸水牵伸实验中，随拉伸比的增大，纤维断裂伸长率及直径有下降的趋势，纤维的强度及结晶度先升高后降低，其转折点在12％-14％之间，之后会过牵。停留时间设定在80s比较合适，拉伸比11.59％时，纤维强度提高了31.25％，结晶度为70.08％，此时纤维直径为10.982μm,断裂伸长率为9.4％。
　　 3、水洗因使丝束增韧，与致密化起到相反的作用，不利于原丝力学性能的升级;不同温度下，随致密化时间的增加，丝束强度先增大后减小，55s时丝束强度提高最大;确定致密化时间55s时，在140-150℃温梯下丝束强度最大，约提升初始原丝的35.6％。增大温度区间，纤维的结晶度及强度都较高，并且结晶尺寸增加不多，有利于生产优质原丝。
　　 4、蒸汽介质下纤维承受的拉伸比要比干热牵伸时大，这是因为因水分子的增塑作用。因水分子的增塑作用，135℃和150℃时蒸汽牵伸的纤维强度大于干热牵伸时的强度。蒸汽介质中，135℃，15％拉伸比时，得到的原丝综合性能最好，强度为1.023GPa，是初始原丝强度的1.39倍，直径为10.813μm，并且丝束比较均匀，纤维表面良好。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 PAN基碳纤维的研究现状

1．1．1．国外PAN基碳纤维研究现状

1．1．2．国内PAN基碳纤维研究现状

1．2 原丝的生产过程

1．2．1．纺丝液制备

1．2．2 喷丝

1．2．3 凝固成型

1．2．4 沸水牵伸

1．2．5．水洗

1．2．6 上油

1．2．7 干燥致密化

1．2．8 蒸汽牵伸

1．3．我国PAN基碳纤维的发展前景

1．4．本论文所研究的内容

第二章 实验部分

2．1．实验原料和仪器设备

2．2．原丝性能测试和表征方法

2．2．1．原丝强度的测定

2．4．2．原丝表面和断面形貌的观测

2．4．3．原丝晶粒尺寸与结晶度的测定

第三章 沸水牵伸对原丝性能升级的考察

3．1．沸水牵伸实验

3．1．1．沸水牵伸设备

3．1．2．工艺参数设定

3．2．沸水牵伸对原丝强度及结晶度的影响

3．2．1．拉伸比的影响

3．2．2．停留时间的影响

3．3．沸水牵伸对原丝形貌的影响

3．3．1．对原丝表面的影响

3．2．2．对原丝截面的影响

3．4．小结

第四章 干燥致密化对PAN原丝性能升级的考察

4．1．干燥致密化实验

4．1．1．干燥致密化设备

4．1．2．工艺参数设定

4．2．干燥致密化对原丝力学性能的影响

4．2．1．以水洗时间、干燥致密化时间和温度为三因素的正交实验

4．2．2．水洗对原丝强度的影响

4．2．3．干燥致密化时间的影响

4．2．4．干燥致密化温度的影响

4．3．小结

第五章 蒸汽牵伸对原丝性能升级的考察

5．1．蒸汽牵伸实验

5．1．1．蒸汽牵伸设备

5．1．2．工艺参数设定

5．2．蒸汽牵伸对原丝强度的影响

5．2．1．拉伸比的影响

5．2．2．拉伸温度的影响

5．2．3．拉伸介质的影响

5．3．小结

第六章 结论

参考文献

研究成果及发表的学术论文

致谢

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