文 摘 為降低PAN原絲中的DMSO(二甲基亞砜)殘留量, 減少其對(duì)原絲的拉伸、預(yù)氧化處理等過(guò)程的不利影響而造成的碳纖維的結(jié)構(gòu)缺陷、強(qiáng)度降低, 將超聲波水洗技術(shù)應(yīng)用到PAN 原絲水洗工藝中。結(jié)果證明, 新方法明顯提高了水洗效果, 能夠快速有效地降低原絲中DMSO殘留量。

關(guān)鍵詞 清洗, PAN 原絲, 超聲波, 微量DMSO, 紫外分光光度計(jì)1 引言    碳纖維作為一種高性能的結(jié)構(gòu)材料在航空航天、國(guó)防、建筑等諸多方面有著廣泛的應(yīng)用 。我國(guó)的碳纖維質(zhì)量與國(guó)外的相比差距巨大, 究其原因,原絲是其瓶頸 。碳纖維常用PAN /DMSO (二甲基亞砜)作為原絲 , 但其中殘留的DMSO 溶劑會(huì)影響到原絲拉伸過(guò)程中PAN大分子鏈的取向排列, 在預(yù)氧化過(guò)程中引起并絲、粘絲甚至斷絲, 降低原絲的質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)為了降低PAN原絲中DMSO 含量, 一般采用加長(zhǎng)水洗流程的方法 , 需要較高成本, 多道、長(zhǎng)距離傳動(dòng)中的大量摩擦還會(huì)造成纖維磨損、毛絲增多等弊病, 而且普通水洗方式難以把DMSO 從原絲中徹底清除。2 超聲波在原絲水洗中的應(yīng)用超聲波水洗的主要原理是在液體中產(chǎn)生空化作用 , 擊散物體表面的雜質(zhì)或削弱雜質(zhì)與物體之間的吸附作用, 促使雜質(zhì)與物體間加速脫離; 此外超聲波產(chǎn)生的振動(dòng)可以將溶液中擴(kuò)散界面層擊散, 打破擴(kuò)散平衡, 促進(jìn)擴(kuò)散速度。超聲波的水洗可以破壞擴(kuò)散界面層的形成 , 加快DMSO 向水中的擴(kuò)散速度, 改善水洗效果。3 實(shí)驗(yàn)3. 1 原料無(wú)離子水, PAN 常溫牽伸絲。3. 2 儀器設(shè)備可調(diào)頻超聲波水洗槽, 自行設(shè)計(jì), 功率為0 ~300W, 頻率為0 ~ 30 kH z; U - 3310紫外可見分光光度計(jì), 日本日立公司制造。3. 3 步驟將原絲通過(guò)超聲波水洗槽洗滌, 分別控制超聲波強(qiáng)度及洗滌時(shí)間、洗滌溫度, 對(duì)不同洗滌條件的原絲采樣測(cè)試, 分析超聲波對(duì)洗滌效果的影響規(guī)律。4 結(jié)果與討論4. 1 超聲波功率對(duì)原絲水洗效果的影響    與普通水洗絲比較, 在相同洗滌時(shí)間和溫度下, 經(jīng)超聲波水洗后原絲中DMSO 殘留量大大降低, 并隨著超聲波功率升高洗滌效果更加明顯。這說(shuō)明超聲波對(duì)DMSO 在水中的擴(kuò)散過(guò)程有很大影響, 能夠有力促進(jìn)原絲中的DMSO 向水中擴(kuò)散的速度, 提高水洗效果。4. 2 超聲波洗滌時(shí)間對(duì)原絲水洗效果的影響    隨水洗時(shí)間的延長(zhǎng), 絲中DMSO殘留量逐漸下降, 但下降速度逐漸降低。這是因?yàn)橄礈旌笃诮z浴間DMSO 濃度差逐漸變小, 溶質(zhì)交換量隨之減少, 最終趨向平衡。因此, 綜合洗滌效果、洗滌效率及成本等因素考慮, 原絲水洗時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。5 結(jié)論( 1)超聲波能夠明顯提高原絲水洗效果, 大大降低原絲中DMSO殘留量。

( 2)原絲洗滌效果隨超聲波功率升高而提高。

( 3)超聲波水洗時(shí)間越長(zhǎng),原絲中DMSO 殘留量越少, 但水洗效率會(huì)逐漸下降。

( 4)原絲在較高的溫度下采用超聲波水洗效果最好, 能夠快速降低DMSO 殘留量, 較徹底去除原絲中殘留的DMSO。

( 5)超聲波水洗可以大大縮短水洗流程, 減少洗滌用水, 降低成本。