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本文以丙烯腈(AN)、丙烯酸甲酯(MA)、衣康酸(IA)为共聚单体进行溶液聚合,研究了聚丙烯腈(PAN)原丝的湿法纺丝工艺。借助扫描电镜(SEM)、电子探针(EMPA)、X-ray衍射,测试了实验原丝的强纤度、断裂伸长率、密度、孔隙率、沸水收缩率、结晶取向度和晶粒尺寸。系统研究了油剂、干燥致密化和饱和蒸汽牵伸对PAN原丝结构与性能的影响,为制备为细旦化、高强化、致密化、均质化、细晶化的高性能PAN原丝提供了实验依据。预测了原丝纤度,对牵伸工艺进行了优化。利用Monte Carlo方法对AN/MA/IA三元共聚物序列结构进行了模拟,为合成序列结构分布均匀的纺丝原液提供理论依据。 纤度是表征高性能原丝的一个重要指标,通过测试纺丝原液密度和固含量对纤度进行预测,合理分配牵伸比,实现细旦化原丝牵伸工艺可控化。 利用Monte Carlo方法对AN/MA/IA三元共聚物组成及分子链的序列结构进行模拟,探讨了共聚单体对共聚物分子链序列结构的影响,与具体实验比较可知AN/MA/IA以98:0.7:1.3的单体配比可以得到比较理想的序列结构;聚合过程中采用分批加入第二单体衣康酸的方法可获得均匀性较高的序列结构。 上油是保证纺丝顺利进行,改善纤维性能的关键步骤。为减少油剂的浸透,降低微小孔隙发生的几率,提高致密化效果,分两个阶段进行上油。第一道油剂在沸水牵伸之后干燥致密化之前,第二道油剂在蒸汽牵伸之后热定型之前。讨论了几种油剂对原丝性能和预氧化效果的影响。使用改性氨基硅油剂后原丝毛丝和断头明显减少,粘连及并丝现象得到较好控制;可制得低纤度、高强度和高断裂伸长率原丝;预氧化过程放热缓和,可获得较高的环化度,利于增加预氧化牵伸获得高强度碳纤维。改性氨基硅油剂性能基本达到进口专用油剂指标,可用作PAN原丝专用油剂。 致密化有驱除水分和结构致密化两个目的,应在高于PAN原丝玻璃化温度的热辊上进行,实验中采用五级热辊进行干燥致密化。致密化过程丝束发生热收缩现象,应施加一定的负牵伸控制丝束张力以避免缺陷的形成。随干燥时间