高强Lyocell纤维及其用于碳纤维原丝的研究.pdf

东华大学博士学位论文高强Lyocell纤维及其用于碳纤维原丝的研究姓名:彭顺金申请学位级别:博士专业:材料科学与工程指导教师:胡学超 20031001 :论文摘要摘要本文简要介绍了碳纤维工、№的发展概况,对比分析了因内外纤维豢碳纤维及其原丝的基本性能和磷究状况,总结了纤维素结构与性能静研究成果和高性能纤维素纤维豹割餐三:艺。为了毒I备熹性栽躯Lyocell纾维,文中鼹究了高耀对分子质量纾维豢疆莎>looo)在涮o·H20溶蒯中静溶解及其溶滚静流交学校质:探讨了厢高相对分子质量纤维素/N旌'VIO-H20体系纺丝制各高性能钓Lyocell纤维过程中纤维素琢科和一f-艺条件对纺丝性能及t,yocell力学性能的影响:考察了高相对分子质量纤维索原料纺Lvocell纤维的结构与性能的特征。为,充分利用现有 Lyocell纺丝技术的最新成果制备高性能的Lyocell纤维,本文选择‘厂用桐对分子质量商于普通纤维素纷缝原料(b-P600左右)的纤维素浆粕(D-P818)进行纺丝,系统研究了用NI-[4CI改性这一绩丝体蓉米制螯高性能的Lyocell纾维。最后, 本文还对比研究,糙胶碳纤维原丝昶[yocell纤维以及由它们别备的碳纤维的形惑结毒鸯与性能,考察了Lyocell琢丝静性能对碳纤维强度黪影响,并瑙及’￡相色谱方法初步表征了Lyocell基礅纤维韵表面性质。高相对分子质量纤维素的溶解研究表明,不同类型的纤维索原料在N‘ⅥMo q120 溶剂中的溶解性能有较火的差异;和低相对分子质量(UP500~700)的纤维索浆粕不同,高相对分子质量的纤维素在,SNM0·H20溶剂中的溶解过程很难观察到纤维素在溶剂中的分散过程;高相对分子质景纤维素在N:鼬IO·H:O中的溶解速度及其相应的纤维索纺缝溶渡的流变性质和普邋纤维素槌比表现出更强烈的湿度依耐性:纤维素螅攘对分子质羹惫太,缉维素州涮O·H20溶液的糙流活化能忿离, 假塑性幸亍为愈显著,犏界剪切速率越{氐:动态力学实验结梁表明,纤维素溶液的粘弹往可阻分成两个区域,在低颓医,纤维素溶液表现出燹多的稚性住质,衙在高频区,则更多地表现出弹性性质,随着纤维潦相对分子质量增加,动念模量交点向低频区移动,即溶液的弹性增大; 比较GPC和溶液动态粘弹性测定的实验结果表明,高相对分子质摄纤维索/NTvlM0·Hz0溶液的动态模量G’和G”频半谱的交点与纤维素在溶液中表观相对分了质量的大小及分布相关。研究不同高相对分子质量纤维素膝:斟纺丝发琨,使用某些密相对分子质量的东华大学搏士论文摘要纤维素原料进行纺丝是制备高强Lyocell纤维的有效途径之一。与低相对分子质量纤维素原料纺丝相比,纺丝工艺参数对高相对分子质量纤维素纺Lyocell纤维力学性能的影响表现出了一定的特殊性。除此之外,高相对分子质量纤维素的种类和纤维素材料的前处理对于Lyocell纤维素的溶解和纺丝性能有较大程度的影响;实验还发现在高相对分子质量纤维素纺丝原料中掺入少量较低相对分子质量的纤维素可以改善最终纺丝溶液的纺丝性能。形态学观测发现,高相对分子质量纤维素纺Lyocell纤维呈现光滑的表面和圆形的截面形态结构特征,其皮芯层结构比较均匀;结构分析表明,高相对分子质量纤维素纺Lyocell纤维和其它再生纤维素纤维有相同的化学结构和晶体结构(都为纤维素II结晶变体),在相同纺丝条件下,由低浓度高相对分子质量纤维素纺丝溶液纺制的LyocelI纤维其结晶程度比较高浓度低相对分子质量纤维素纺丝液得到的Lyocell大,晶粒尺寸要比后者长;DMTA的实验结果分析表明, Lyocell纤维的无定型区域并不是各向同性均相结构,而是由无序到逐步有序的多相结构,且高相对分子质量Lyocell的无定型区内氢键的作用程度比低相对分子质量Lyocell大;结构与I生能实验数据分析表明,高相对分子质量Lyocell的双折射率、平均聚合度、结晶度、晶区和非晶区的取向因子乘积的对数分别与纤维的拉伸强度和模量的对数成一定的线性关系。在纤维素/NldMO·HzO纺丝体系中,,而且还影响着最终Lyocell的结构与性能且随纤维素的相对分子质量和氯化铵的加入量的增加这一影响更为显著;在相同的纺丝条件下,氯化铵的存在显著改变了最终Lyocoll纤维的结晶结构和取向结构,从而改善和提高了Lyoce]】纤维的力学性能。在分析氯化铵对纺丝溶液性质和最终纤维性能影响的基础上,本文提出氯化铵对纤维素/r,哪0·H20纺丝体系改性的机理。结构对比分析和TGA分析的实验结果表明,Lyoce]1纤维和传统的粘胶碳纤维原丝有着不同的形态结构和超分子结构,MS—TGA同步分析的实验结果证实 Lyocell纤维热分解性能和粘胶原丝