聚碳硅烷纤维成型的基础研究

来源 :国防科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hu_20092009
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先驱体转化法是制备连续SiC纤维的重要方法,该方法包括先驱体聚碳硅烷(PCS)的合成、熔融纺丝、不熔化处理及高温烧成等工序。本论文围绕PCS纤维的成型及其影响因素进行了研究。系统地研究了PCS的流变性能以及对其熔融纺丝的影响;通过沉淀分级改善PCS的分子量及其分布,考察了沉淀分级过的PCS与未分级的PCS在纺丝性能以及所得SiC纤维性能上的差别;并在对PCS的软化点进行调节的基础上,利用IR、GPC、SEM等分析方法研究了PCS分子量及其分布对其可纺性的影响,然后在相同的预氧化、烧成条件下,考察了分子量及其分布对最终SiC纤维力学性能的影响;研究了纺丝温度、压力及卷绕速度对PCS熔融纺丝的影响;本论文首次提出以“软化点+熔融指数”作为简易判别PCS可纺性的标准;最后对PCS熔融纺丝进行了动力学模拟,得到纺丝线上丝条温度、直径的分布情况。 研究发现,PCS属于典型的假塑性流体,流动指数n在0.6左右,其表观粘度对温度具有强烈的依赖性,粘流活化能约为270kJ/mol,可纺温度范围很窄,必须严格控制温度。沉淀分级可以使PCS的分子量分布变窄,减少高、低分子部分的含量,虽然纺丝较难控制,但能提高SiC纤维的力学性能。实验发现,可用“软化点+熔融指数”作为简易判别PCS可纺性的标准,对于软化点在195-205℃的PCS,当熔融指数在36-38g左右时,其可纺性好;对于软化点在210-220℃的PCS,当熔融指数在32-34g左右时,其可纺性好。PCS在熔融纺丝时的表观粘度叮。计算公式可表示为:ηa=1.83×107×(△P)/(n·df2)(Pa·s),PCS在最佳纺丝条件下的熔体表观粘度ηopt在400-600Pa·s之间。通过分析,PCS纤维没有明显的取向与结晶,呈无定型状态。从动力学模拟计算可知,PCS纤维在离开喷丝板0.1m处就已经达到了最终直径,此时温度也下降到50℃左右,因此难以通过二次拉伸来降低纤维的直径。
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