干湿法纺丝,亦称干喷湿纺,是一种既能实现PAN原丝和碳纤维高性能化,又能通过高速纺丝实现低成本化生产的一种纺丝方法,具有很大的发展潜力。在纺丝的凝固成型阶段,溶剂的扩散对纤维结构的形成具有重要影响,同时此阶段形成的纤维结构又会对之后溶剂的再扩散产生阻碍。由于干喷湿纺高速纺丝使纤维凝固成型时间大幅缩短,所以如何在更加有限的时间内使溶剂扩散良好,同时使生成的纤维结构适宜再扩散是一个值得研究的课题。前人对溶剂扩散的研究一般均限于对扩散系数的模拟和理论计算,对溶剂扩散和纤维结构之间关系也基本限于宏观上的理论分析,没有更为细致地分析两者之间的相互影响作用。为实现高速纺丝,限定在低浓区凝固成型。本文通过纺制不同凝固条件下的干湿法PAN初生纤维和水处理纤维,并对纤维中溶剂含量、纤维致密性、纤维径向上的溶剂分布以及致密性变化进行了定性和定量表征,研究分析了纤维整体和微区上溶剂与纤维致密结构的相互影响关系,主要得到以下研究结论:1、PAN初生纤维中溶剂含量随凝固浴温度的升高而逐渐降低,而随着凝固浴浓度升高至一定程度后,纤维结构对溶剂扩散的影响作用凸显,使初生纤维中溶剂含量转而降低。2、凝固浴温度对PAN初生纤维致密结构形成和溶剂扩散的作用单一,而凝固浴浓度的影响作用则较为复杂。就凝固条件对纤维致密结构形成和溶剂扩散的影响而言,凝固浴温度大于凝固浴浓度。3、在PAN初生纤维成型过程中,前期扩散形成的初期纤维结构即已奠定了原丝的基本结构。凝固成型后期的溶剂扩散有利于芯部致密性的提升,但对前期已形成的纤维结构影响较小,而前期形成的纤维结构对后期的溶剂扩散作用影响明显。4、由于PAN初生纤维致密性提高对溶剂扩散阻碍增大,故整体上初生纤维中溶剂含量随体密度升高而升高;微区上,初生纤维和水处理纤维均显示为溶剂含量低的部分则致密性较高,溶剂含量高的部分则结构相对疏松。5、PAN初生纤维截面形状对纤维径向上溶剂的分布和致密性变化有重要影响。圆型截面纤维溶剂含量外缘低芯部高,而致密性程度为皮层至芯部逐渐降低;非圆型截面纤维由于应力的不同,使得芯部溶剂含量降低,同时芯部致密性提高,呈现芯部致密性高于皮层的现象。6、在本论文的研究范围内,高浓(36.2%)低温(5℃)条件下比较缓和的凝固不仅有利于纤维致密性的提升,也有利于降低纤维中溶剂残留量,是干湿法PAN原丝比较适宜的凝固条件。