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碳纤维专用纺丝油剂的作用
发布日期:[2020/11/2]    共阅[274]次
    

质量好的油剂和合理的上油工序是有效防止产生表面缺陷的有效手段。油剂主要有以下作用:

1)在纺丝过程中,上油后在每根单丝表面生成的均匀油膜可把单丝之间彼此隔离开来,防止粘连和并丝。单丝之间一旦发生粘连和并丝现象,在运行和牵伸过程中容易撕裂分开,必然造成表面缺陷。这就是所谓的先天性缺陷。

2)在每根单丝表面生成的油膜具有柔软和自润滑性,可防止在生产过程中丝束与辊筒(罗拉)之间的摩擦磨损。单丝直径很细,运行过程中要与许多辊简接触,纤维表面的摩擦磨损是不可避免的。但是,由于单丝表面油膜的存在可大大减轻磨损量。油剂主要成分是聚二甲基硅氧烷(PDMS)和它的改性衍生物,PDMS本身就是滚动摩擦的润滑剂。

3)在预氧化过程中,主要发生环化、氧化和脱氢等反应。它们都是放热反应,而PAN纤维的导热系数小,往往会造成局部蓄热或过热,从而导致单丝之问局部热粘连或热并丝,产生新的表面缺陷。对于多功能油剂来说,除了在纺丝过程起作用外,在预氧化过程中也起作用。这就要求油剂应具有一定的耐热性。

此外,硅系油剂在单丝表面生成的油膜属于透气性膜,可抑制预氧化过程中氧向单丝内部的扩散速率,从而减缓了皮芯结构的生成,可得到径向均质的预氧丝。这一过程值得研究。特别是膜科学和膜技术迅速发展的今天,研究油膜透气率与氧扩散动力学之间的关系值得关注。

4)在低温碳化过程中,特别是在300-600℃温区,纤维自身失重率约35~40%,产生大量的热解挥发物和焦油,往往造成单丝之间彼此热粘连或热并丝,又会产生新的表面缺陷。因此,要求油剂膜在低温碳化区域内,仍会起着保护单丝表面免受损伤的作用。在低温碳化的后期(600℃以上)和高温碳化(1000-1500)过程中,则希望单丝表面油剂全部热解挥发逸走,以避免碳与硅反应生成碳化物而造成硅污染,导致碳纤维抗拉强度的下降。所以,油剂应具有以低能的耐热性,也并不是耐热性愈高愈好,而是要适中。

 
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