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PS/PP及PA6/LDPE共混熔纺纤维梯度相结构的研究

魏发云  
【摘要】:受自然界天然生物材料梯度结构赋予材料优异性能的启发,本文提出通过制备仿生梯度结构共混纤维来改善纤维综合性能的方法。通过对分散相梯度结构形成机理的研究,为制备新型功能纤维材料提供理论基础。 本文主要采用共混熔融纺丝的方法制备了具有仿生梯度结构的聚苯乙烯(PS)/聚丙烯(PP)以及聚己内酰胺(PA6)/低密度聚乙烯(LDPE)共混纤维,系统地研究了共混纤维中各组分的流变性能,并分析了体系粘度比、组成比、纺丝速度对梯度结构的影响,探索了分散相梯度结构在纤维成形过程中的形成机理。通过研究得出: 首先,发现在剪切流场中,PS的剪切粘度高于PP;低剪切速率下,PA6的剪切粘度低于LDPE,高剪切速率下,PA6的剪切粘度高于LDPE的。在拉伸流场中,温度高于190℃时,PS的拉伸粘度高于PP;拉伸速率较低时LDPE的拉仲粘度高于PA6,拉伸速率较高时LDPE的拉伸粘度低于PA6。 其次,通过对比没有经过拉伸作用的挤出纤维以及受到不同拉伸作用的卷绕纤维的横截面上微纤的分布形态,发现共混纤维中微纤的梯度分布主要在纺程的拉伸形变区形成,与喷丝孔中的剪切作用无关。同时,发现在纺程上共混纤维形成过程中分散相存在径向的迁移和梯度拉伸现象。结合纺程上参数变化以及聚合物熔体的流动性能分析初步推测其混纤维中分散相的迂移主要在丝条挤出喷丝孔后的小范围内形成。四种聚合物熔体流变性能的差异,以及纺程上丝条存在径向的温度、应力、速率差异,导致两种共混体系的纤维中微纤出现完全相反的梯度分布。即PS/PP共混纤维中微纤呈“表层多芯层少,表层粗芯层细”的梯度分布;PA6/LDPE共混纤维中微纤呈“农层少芯层多,表层细芯层粗”的梯度分布。同时,微纤的梯度分布也直接证实了纺程中丝条横截面上存在径向的参数差异。 最后,发现提高共混体系的粘度比以及纺丝速度可以促进共混纤维中分散相的梯度化分布,共混组成比的增加只会增大分散相的尺寸,对梯度分布形态没有影响。在PS/PP共混纤维中,增加分散相粘度的基础上,降低分散相含量或在一定的组成比下提高纺丝速度均可以制备微纤主要分布在表层的共混纤维。 本论文成功制备出了具有仿生梯度相结构的共混纤维;通过对纤维中分散相形成机理的研究,实现了对分散相分布的控制,并使其主要分布在纤维表层,可以在减少分散相用量的前提下保证纤维功能性,为节约生产成本创造了条件;同时分散相的梯度分布的研究为纺丝动力学提供了基础的数据。


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