ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ................................................................................... 5
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................ 8
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ................................................................................ 17
1.1. Формование волокон из растворов полимеров ....................................................................................... 17
1.1.1. Способы формования ПАН волокон ..................................................................................................... 17
1.1.2 Стадии обработки ПАН волокна............................................................................................................. 23
1.2. Неустойчивость струй полимерных растворов при одноосном растяжении .................................... 24
1.3. Методы изучения деформации струй полимерных растворов ............................................................. 27
1.3.1. Оптические методы ................................................................................................................................. 27
1.3.2. Малоугловая дифракция ......................................................................................................................... 29
1.3.3. Реология растяжения............................................................................................................................... 30
1.3.4. Математические модели, описывающие поведение струи .................................................................. 33
1.4. Параметры, определяющие волокнообразующие свойства полимерных растворов ...................... 38
1.4.1. Концентрационные диапазоны .............................................................................................................. 39
1.4.2. Молекулярная масса сополимера ПАН ................................................................................................. 41
1.4.3. Взаимодействие полимера с растворителем ......................................................................................... 42
1.4.4. Деформация макромолекул при растяжении ........................................................................................ 43
1.4.5. Явление фазового разделения при деформации полимерного раствора ............................................ 45
1.5. Роль режимных параметров в процессе утонения струй полимерных растворов ........................... 46
1.5.1. Скорость деформации ............................................................................................................................. 46
1.5.2. Роль влажности воздуха ......................................................................................................................... 47
1.5.3. Роль температуры в процессе утонения полимерных струй ............................................................... 49
1.5.4. Роль испарения растворителя ................................................................................................................. 49
1.6. Выводы из обзора Литературы .................................................................................................................. 50
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ................................................................. 51
2.1. ОБЪЕКТЫ ...................................................................................................................................................... 51
2.1.1. Растворители ............................................................................................................................................ 51
2.1.2. Полимеры ................................................................................................................................................. 52
2.2. Методы ............................................................................................................................................................ 54
2.2.1. Приготовление растворов ....................................................................................................................... 54
2.2.2. Метод расчета растворимости по Хансену ........................................................................................... 54
2.2.3. Капиллярная вискозиметрия .................................................................................................................. 55
2.2.4. Статическое световое рассеяние ............................................................................................................ 56
2.2.5. Ротационная реометрия .......................................................................................................................... 57
2.2.6. Кинетика гелеобразования ..................................................................................................................... 57
2.2.7. Инфракрасная спектроскопия ................................................................................................................ 59
2.2.8. Реометр для изучения утонения струй типа RoJER ............................................................................. 59
2.2.9. Реометр реологии растяжения полимерных струй ............................................................................... 60
2.2.10. Изучение скорости испарения растворителей с удельной поверхности .......................................... 62
2.2.11. Формование волокон ............................................................................................................................. 62
2.2.12. Синхронный термический анализ ........................................................................................................ 63
3
2.2.13. Электронная микроскопия .................................................................................................................... 63
2.2.14. Механические свойства волокон ......................................................................................................... 64
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ ........................................................... 65
3.1. Реология растворов ПАН ............................................................................................................................ 65
3.1.1. Роль растворителя ................................................................................................................................... 65
3.1.1.1. Определение сродства полимера с растворителем ....................................................................... 66
3.1.1.2. Изучение влияния природы растворителя на реологические свойства растворов ПАН .......... 69
3.1.1.3. Взаимодействие «полимер-растворитель» по данным анализа ИК – спектроскопии ............... 73
3.1.2. Влияние добавления осадителя в растворы ПАН в ДМСО ................................................................. 76
3.1.2.1. Определение взаимодействия полимера и растворителя ............................................................. 76
3.1.2.2. Реология растворов ПАН в смесях ДМСО-вода ........................................................................... 78
3.1.2.3. Вязкоупругие и релаксационные свойства.................................................................................... 81
3.1.2.4. Кинетика гелеобразования растворов ПАН в комплексных растворителях ДМСО-вода ........ 85
3.1.3. Роль сополимера ................................................................................................................................. 88
3.1.3.1. Роль молекулярной массы ........................................................................................................... 88
3.1.3.2. Распределение мономеров по цепи ............................................................................................ 92
3.1.3.3. Влияние состава сополимера .......................................................................................................... 94
Заключение по 1 части: ....................................................................................................................................... 98
3.2. Кинетика утонения струй полимерных растворов при одноосном растяжении ............................ 100
3.2.1. Роль растворителя в волокнообразующей способности полимерных растворов ............................ 100
3.2.1.1. Кинетика утонения струй растворов в различных растворителях ............................................ 100
3.2.1.2. Влияние испарения растворителя на кинетику утонения .......................................................... 104
3.2.1.3. Роль вязкости растворителя .......................................................................................................... 104
3.2.1.4. Добавление нерастворителя в раствор ........................................................................................ 105
3.2.1.5. Влияние сродства полимера и растворителя ............................................................................... 106
3.2.1.6. Роль поверхностного натяжения .................................................................................................. 107
3.2.2. Вероятность волокнообразования ....................................................................................................... 108
3.2.3. Форма струи растворов ПАН при свободном утонении .................................................................... 112
3.2.4. Деформация струи полимерного раствора при приложении механического напряжения ............. 116
3.2.4.1. Изменение вязкоупругих свойств при одноосной деформации ................................................ 116
3.2.4.2. Температура раствора ................................................................................................................... 122
3.2.4.3. Влияние скорости деформации. ................................................................................................... 124
3.2.4.4. Роль влажности воздуха ................................................................................................................ 125
3.2.5. Формование из полуразбавленных растворов ПАН........................................................................... 127
Заключение по 2 части: ..................................................................................................................................... 128
3.3. Морфология и механические Свойства волокон .................................................................................. 129
3.3.1. Условия фильерной вытяжки ............................................................................................................... 129
3.3.1.1. Влияние влажности воздуха ......................................................................................................... 129
3.3.1.2. Влияние скорости деформации .................................................................................................... 130
3.3.2. Влияние введения осадителя в формовочный раствор ...................................................................... 131
3.3.2. Влияние параметров сополимера на механические свойства волокон ............................................ 134
3.3.2.1. Роль распределения мономеров по цепи ..................................................................................... 135
4
3.3.2.2. Влияние молекулярной массы и алкилакрилатного заместителя ............................................. 136
3.3.3. Сравнение свойств волокон, полученных механотропным и традиционным мокрым методами . 138
3.3.4. Реализация многофиламентного механотропного формования ....................................................... 139
Заключение по 3 части: ..................................................................................................................................... 140
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................... 141
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ: ................................................................... 142
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................................................. 143
ПРИЛОЖЕНИЯ .................................................................................................................... 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .............................................................................................................................................. 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 .............................................................................................................................................. 167
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 .............................................................................................................................................. 168
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 .............................................................................................................................................. 169
