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《东华大学》 2013年
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芳砜酰胺共聚物纺丝工艺与纤维结构性能的关系

王锐  
【摘要】:聚芳砜酰胺纤维(PSA)作为耐高温纤维中的一种,具有优异的抗老化性、阻燃性、电绝缘性和化学稳定性,广泛用作制备耐高温、防腐和电绝缘等领域。目前已经工业化的PSA纤维是一种共聚物纤维,对其内结构性能和纺丝工艺的关系还缺乏系统的研究,本文详细研究了芳砜酰胺共聚物纤维沿纺程的结构性能变化规律,在此基础上,设计了不同的热拉伸工艺对水洗丝进行热拉伸,研究了热拉伸工艺对纤维结构性能的影响,为生产工艺的设计起到指导作用。 在上海特安纶纤维有限公司的纺丝线上沿纺程取样,得到凝固、塑化拉伸、水洗丝、干燥、热拉伸、热定型和上油不同工序的纤维样品。在纤维性能测试的基础上,采用同步辐射中广角X射线WAXD和小角X射线衍射SAXS,研究芳砜酰胺共聚物纤维沿纺程的结构变化,结果表明:经凝固浴后的初生纤维大分子结构呈现无规线团状;经过塑化拉伸纤维分子链部分缠结点打开,并沿拉伸轴向部分取向,但无晶态结构出现;水洗后纤维大分子链间的距离变大,但相结构变化不大;经过干燥过程纤维形成取向不明显的多晶结构;经过热拉伸纤维形成规整的有序态结构,并且出现明显片晶结构区域;经过热定型后,纤维的结晶、取向程度、晶粒尺寸以及片晶长周期与取向度增大,力学性能提高;上油纤维的结晶、取向程度、晶粒尺寸以及片晶长周期下降,倾斜角上升,片晶结构取向程度降低。 在此基础上,着重研究了热拉伸工艺对纤维结构性能的影响。首先采用间歇式多级热拉伸工艺,改变热拉伸级数与温度处理芳砜酰胺共聚物水洗纤维,研究发现:纤维热拉伸前后分解温度Td无显著变化,玻璃化转变温度Tg先减小后增大,纤维DMA曲线的主转变峰变小变窄。沿着拉伸级数的提高,纤维的密度逐渐增大,当热拉伸温度大于350℃后有明显结晶结构的形成,并出现片晶结构区域,此时力学性能显著提高,但当温度大于380℃后,结晶程度逐渐完善度,结晶度、晶粒尺寸和晶区取向度增大,而力学性能却略有下降。同时发现,本文中所设计的五级间歇拉伸相比四级间歇式拉伸所得的纤维在力学性能上并无优势。以间歇式拉伸的研究结果为依据,设计了三级连续式热拉伸,通过控制热拉伸温度研究不同热拉伸温度和热处理温度对纤维结构和性能的影响,结果表明:纤维热拉伸后Td无显著变化,Tg较拉伸前有所增大,DMA曲线上主转变峰面积显著减小热拉伸温度对纤维Tg和峰面积的影响并不显著;经三级连续热拉伸,纤维的力学性能显著提高,最高值达4.65cN/dtex;纤维经热拉伸后形成了三维有序的结晶结构。随拉伸温度的提高,结晶程度逐渐完善度,结晶度、晶粒尺寸、晶区取向度增大,并形成了有序片晶结构,温度超过380℃后纤维晶粒尺寸增大,片晶取向度减小,导致断裂强度和伸长降低。纤维在高温热处理2h后,其力学性能保持率均大于90%,且随着热处理温度的升高,纤维内部片晶结构越来越完善,结晶度和取向度都增大
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TQ340.6

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【参考文献】
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