『文献』凝固条件对溶液纺丝聚丙烯腈纤维溶剂扩散及其结构和拉伸性能的影响

文章题目：Effect of coagulation conditions on solvent diffusions and the structures and tensileproperties of solution spun polyacrylonitrile fibers

该团队使用了两种凝固浴组合物进行聚丙烯腈（PAN）纤维溶液纺丝，二甲基亚砜（DMSO）/水和甲醇，凝固浴温度从-20℃变化到0-20℃。 凝固浴组合物及温度对溶剂扩散过程和初纺纤维的结构以及最终拉伸纤维的拉伸性能影响比较明显。

当DMSO /水用作凝固浴时，非溶剂（水）扩散到PAN纤维中并导致快速PAN固化，相比之下，当使用甲醇作为凝固浴时，没有或仅有极少量的甲醇向内扩散到纤维中。 DMSO /水和甲醇作为凝固浴中由于不同溶剂扩散行为不同导致初生PAN纤维的结构相异，同时，最终纤维的拉伸性能强烈依赖于凝固的条件。 

当使用甲醇作为凝固浴，并且浴温度为-20℃时，发现PAN纤维具有最好的拉伸性能，拉伸强度为0.89GPa，杨氏模量为20.4GPa。

该团队比较了凝固浴组分（DMSO /水和甲醇）及浴温对形成初纺纤维的过程中溶剂扩散以及最终PAN纤维的结构和拉伸性能的影响。

对于在DMSO /水凝固浴中凝结的纤维，水的向内扩散引起纤维快速凝固，导致不规则的纤维形状和较小的PAN晶体尺寸。 

此外，在更高的浴温下凝固的更快。相比之下，对于在甲醇浴中凝固的纤维，不存在或最小限度的甲醇向纤维扩散，仅DMSO从纤维向外扩散至凝固浴。

对于低温凝胶纺丝，甲醇比DMSO /水好得多，当使用甲醇作为凝固浴时，发现当浴温从20℃降低到-22℃，PAN纤维的拉伸强度从0.62GPa增加到0.89Gpa，模量从14.6 GPa增加到20.4GPa。

图1.（A）纺丝设备和（B）热牵伸设备的示意图

图2（A）DMSO和甲醇水溶液的UV光谱，和（B）DMSO水溶液的UV吸收（208nm）标准曲线

图3在各种凝固条件下获得的初生纤维横截面的光学图像和SEM图像