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PP/PET共混体系及其合金纤维的研究

郭林锋  
【摘要】: 聚丙烯(PP)纤维又称丙纶,属于合成纤维的一种。聚丙烯纤维以其优异的性能得以应用于许多领域。世界聚丙烯纤维产量自1993至2003十年中翻了一番,但近年来却徘徊不前,国内的相关企业也举步惟艰。作为世界公认的四大合成纤维之一,聚丙烯纤维是发展潜力最大、前景十分广阔的品种,近几年国内却出现萎缩,除了国际原油价格提升外,另一个很重要的因素是因为新产品的开发不够,高新技术的支持不足。 聚丙烯纤维具有很多优异的性能,但模量很低,无法满足很多场合的需要,如服装挺括性,特别是工业用丝(如用量很大的地毯、装饰布等)所需的抗形变性。本文针对聚丙烯纤维的缺点,创新性的采用共混直接纺丝法制备了性能优异的合金纤维,在拉伸过程中使分散相PET原位形成微纤,充当PP基体的“钢筋”骨架,从而提高聚丙烯纤维的强度和模量。本方法已申请两项国家专利(申请号分别为200610029033.4和200620043679.3)。 PP/PET属于热力学不相容体系,因此简单共混得到的分散相尺寸大,分散不匀,界面作用力小,严重影响了共混材料的力学性能。本文以PP-g-AA作为增容剂来提高PP和PET的相容性,研究了增容剂添加量、PET含量、共混时间、共混温度、螺杆转速以及不同共混设备对PP/PET相形态的影响。结果表明增容剂添加量有一最佳值,为PET的50(wt)%。共混时间、共混温度、螺杆转速均有一最佳值,对于微型双螺杆共混,该值分别为15min、285℃和150rpm。另外,还研究了共混熔体的流变行为。结果显示,共混熔体表观黏度随剪切速率的增大而降低,随温度的升高而下降,随着PET及增容剂含量的增加而下降。PET和增容剂的加入,在共混熔体中起到了增塑剂的作用。 用SEM观察合金纤维碱处理后的表面、断面及纤维断层剥离面的形态,均发现PET原位成纤,从而证明了原位复合材料的制备成功。测试了合金纤维的抗张强度、杨氏模量和断裂伸长率,结果表明原位微纤的形成,极大地提高了合金纤维的力学性能。组份配比为90/10/5的合金纤维具有最佳的力学性能,该合金纤维和纯PP纤维相比较,强度提高20%,模量提高38.5%,而断裂伸长率下降21%。 研究了PET微纤对合金纤维的结晶动力学和结晶特性的影响。结果显示,PET微纤对PP结晶起到异相成核剂作用,有利于PP在较高温度下快速结晶。合金纤维的非等温结晶动力学研究表明,结晶前后两个阶段出现了不同成核和生长方式。前期主要是微纤异相成核,PP沿微纤形成横晶,而后期,在离微纤相对较远的地方,PP本体成核,生成典型的PP球晶形态。


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