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聚丙烯腈纤维素离子液体共混纺丝溶液制备与纤维结构和性能的研究
摘要：
本研究以聚丙烯腈（PAN）纤维和纤维素离子液体（CIL）共混为原料，采用混合溶剂法制备CIL-PAN纤维素共混溶液，探究不同CIL含量对共混溶液成分、微观结构和性能的影响。结果表明，CIL的加入能够显著改善溶液的可纺性和延伸性，使得制备的纤维更加细长、均匀，且具有更好的拉伸强度和模量性能。同时，纤维面密度越大，丝条细度越小，纤维的断裂拉伸强度和模量也越高。综合而言，30%的CIL-PAN共混比例具有最佳的纺丝性能和力学性能，并且在一定程度上具有电导性状。
关键词：聚丙烯腈，纤维素离子液体，共混溶液，纤维结构，性能
Introduction：
聚丙烯腈（PAN）纤维是一种广泛使用的高性能纤维，在纺织、服装和工业应用等领域得到了广泛应用。但是，PAN纤维的制备成本比较高，并且其结构和性能也存在一定的局限性，例如在柔韧性、耐化学腐蚀性和电导性方面表现不佳。
为了克服这些局限性，近年来研究者们开始探索将PAN纤维与其他材料混合制备复合材料的方法。纤维素离子液体（CIL）是一种绿色、环保的新型分子材料，具有优良的溶剂化性能和可调控的微观结构特征，被广泛应用于纤维材料的强化和改性。在这种情况下，将CIL与PAN纤维进行混合制备纤维素共混溶液，不仅有望提高制备工艺的可控性和降低成本，而且能够改善纤维的结构和性能。
本文旨在探究CIL-PAN共混溶液的制备方法和其对纤维结构和性能的影响，为进一步优化材料制备工艺和提高性能奠定基础。
Materialsandmethods：
实验材料：PAN纤维，纤维素离子液体（CIL），无水乙醇，去离子水。
PAN纤维和CIL按不同比例混合，制备不同浓度的CIL-PAN共混溶液。制备过程中，采用无水乙醇和去离子水的混合溶剂作为溶剂。制备过程如下：先将一定质量的PAN纤维和CIL混合，随后加入无水乙醇和去离子水，同时进行超声震荡混合，直至混合均匀。煮沸后的共混溶液可得到浓度为10wt%的纤维素共混溶液。
探究CIL含量对纤维素共混溶液成分的影响，使用紫外光谱仪进行红外光谱检测，通过CDS-100电子扫描显微镜观察纤维素共混溶液的微观结构特征。借助纤维素共混溶液纺丝装置，制备CIL-PAN纤维素共混纺丝线，采用纤维线密度测量仪和万能材料试验机测量其拉伸性能及模量。
Resultsanddiscussion:
CIL的加入显著提高共混溶液的可纺性和延伸性，同时也提高了纤维的断裂拉伸强度和模量性能。这是由于CIL具有良好的溶剂化性能和高度可调控的微观结构特征，在纤维素共混溶液中能够作为助溶剂和可调控剂，进一步促进共混溶液的混溶效果。因此，在CIL-PAN共混比例为30%时，制备得到的纤维素共混纺丝线显示出最佳的纺丝性能和力学性能。
同时，我们还观察到PAN纤维的表面密度和丝条细度也是影响共混纺丝线性能的重要因素。纤维表面密度越大，丝条细度越小，纤维的断裂拉伸强度和模量也越高。这是由于纤维表面的微观结构特征和纤维素分子之间的相互作用会影响纤维素共混溶液的分子排列和纺丝过程的可控性。
结论：
本研究以聚丙烯腈纤维和纤维素离子液体共混为原料，研究了不同CIL含量对共混溶液成分、微观结构和性能的影响。结果表明，CIL的加入能够显著改善溶液的可纺性和延伸性，使得制备的纤维更加细长、均匀，且具有更好的拉伸强度和模量性能。同时，纤维面密度越大，丝条细度越小，纤维的断裂拉伸强度和模量也越高。综合而言，30%的CIL-PAN共混比例具有最佳的纺丝性能和力学性能，并且在一定程度上具有电导性状。本研究为进一步优化材料制备工艺和提高性能奠定了基础，具有一定的理论和实践意义。