聚丙烯腈(PAN)纤维由于其优良的性能,在工业和民用领域得到了广泛的应用。但是,由于聚丙烯腈纤维所固有的疏水性和绝缘性,静电现象严重,大大限制了腈纶在更多领域的应用。本文的研究目的是利用无机微粒改性,提高聚丙烯腈纤维的抗静电性能。 无机微粒改性纤维的研究尚处于起始阶段,采用的无机抗静电剂有两类。一类是碳黑填充剂,由于纺制的抗静电纤维颜色为黑色,所以限制了它的应用。另一类是金属氧化物微粒,用于生产白色的抗静电纤维。 抗静电腈纶发展趋势是生产白色纤维,同时兼顾生产技术简便易行,纺丝时抗静电剂不堵塞喷丝头,持久的抗静电效果以及纤维的可纺性和良好的力学性能等,本论文首次选用氧化锌(ZnO)和二氧化锑掺杂二氧化锡(ATO)作为抗静电剂,采用了独特的添加工艺来制备抗静电腈纶纤维。 通过对聚丙烯腈纤维在纺程上形态和结构变化的研究,确定了新颖的无机微粒的添加方式。即利用聚丙烯腈初生纤维结构疏松、表面有微孔的特性,将稳定性良好的ATO或ZnO悬浮液放置在腈纶纺丝生产线上的预热浴中,当初生纤维通过预热浴中的ATO或ZnO悬浮液时,由于ATO或ZnO在纤维和预热浴中存在的浓度差,这些无机微粒会通过分布在纤维表面及内部的空洞向初生纤维内部扩散而进入纤维中,并经过拉伸、干燥致密化,永久性的保留在纤维内部,从而改善了PAN纤维的抗静电性能。 PAN原液细流在凝固成初生纤维的过程中,由于相分离和冻胶化作用,PAN初生纤维内部交联点密度较低,网络结构疏松,表面和内部存在大量孔洞。偏光显微镜和扫描电镜(SEM)的照片证实:以NaSCN为溶剂的腈纶生产工艺所产生的PAN初生纤维表面存在大量宽度尺寸为几百纳米到一微米的沟槽和空洞。而这些沟槽和空洞的存在为纳米级的ZnO或ATO颗粒的扩散、迁移进入纤维提供了非常有利的基础条件。 纺程上无机微粒向PAN初生纤维的扩散和迁移符合菲克扩散定律和布朗运动的理论。根据球形粒子运动的布郎运动公式和爱因斯坦-布郎位移方程的理论上分析,提高扩散温度和延长扩散时间对提高扩散系数D的作用是很有限的。而微粒半径r和介质的粘度η两个参数在数量级上的变化会导致扩