含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維在熱處理過程中的結構與性能研究.pdf

1、含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維（簡稱雜環(huán)芳綸）是一種高強度、高模量、耐高溫以及良好的尺寸穩(wěn)定性的高性能纖維。因為其優(yōu)異的力學性能和熱性能，含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維廣泛應用于軍工、航空、高性能復合材料等領域。本文是通過三個方面來研究其結構與性能。
　　 熱處理工藝是制備含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維的關鍵工藝之一。熱處理工藝主要考察了熱處理溫度、熱處理時間對熱處理纖維的力學性能的影響。首先通過動態(tài)熱機械分析(DMA)和熱失重分析(TGA

2、)確定了熱處理溫度范圍，然后研究熱處理溫度、熱處理時間對熱處理纖維的力學性能的影響，并通過掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、取向度分析和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)來比較熱處理前后纖維的結構變化。最終確定最佳的熱處理工藝條件:動態(tài)熱處理，氮氣氣氛中，熱處理溫度為420℃，目前實驗室條件下最佳熱處理時間為3.7min。并在最佳工藝條件下得到含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維的拉伸強度和模量分別為23.86cN/dtex和1041.43c

3、N/dtex。
　　 本文利用熱失重-紅外聯(lián)用、傅里葉紅外、裂解/色譜-質譜聯(lián)用及熱失重對含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維的熱性能進行詳細的研究。從熱失重的曲線可以看出，含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維在520℃后開始發(fā)生分解，其纖維在熱處理前后的熱穩(wěn)定性相差不大，在氮氣的氣氛中，纖維在900℃的殘留率為59％。通過熱失重-紅外聯(lián)用和傅里葉紅外分析分別對纖維熱分解釋放的小分子和殘余物進行分析，含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維超分子結構主鏈從550

4、℃開始斷裂，在700℃時纖維的苯環(huán)、咪唑環(huán)開始裂解，在熱分解過程中釋放出H2O、芳環(huán)結構化合物、CO2、CO、氮氧化物、NH3和HCN等小分子產物。再結合裂解/色譜-質譜聯(lián)用分析可知，含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維在500℃-650℃之間裂解產物最多，550℃-650℃之間纖維的分解程度最大，550℃時纖維的熱分解速率最大。
　　 文本通過動態(tài)熱機械分析(DMA)測試了含雜環(huán)的芳香族共聚酰胺纖維在高溫使用下的動態(tài)力學性能。雜環(huán)芳綸的