聚芳砜酰胺紡絲工藝與纖維結構性能研究.pdf

1、聚芳砜酰胺纖維作為我國擁有自主知識產權的250℃等級耐高溫纖維之一，關于其分子結構、紡絲工藝與纖維結構和性能之間關系的研究，將為制備高性能纖維提供依據(jù)。
　　 首先通過改變聚合反應單體比例得到不同結構的聚芳砜酰胺，通過紅外光譜(FTIR)與核磁共振譜(NMR)分析，分析了其化學結構與分子序列結構；并利用ChemSketch軟件進行了分子模擬，計算了不同結構的聚芳砜酰胺纖維的理論強度；結合熱失重(TGA)分析，討論了聚芳砜酰胺的結

2、構與熱性能之間的關系。結果表明，隨著聚芳砜酰胺分子結構中苯環(huán)間位取代部分的增多，盡管纖維的理論強度降低，但是聚合物的可加工性能改善，而熱穩(wěn)定性幾乎不發(fā)生變化。這表明聚芳砜酰胺具有較寬的紡絲工藝窗口，可以通過改變其分子序列組成來獲得可加工性以及產品使用性能之間的平衡。
　　 采用Anto Paar MCR301型流變儀研究了聚芳砜酰胺紡絲液的穩(wěn)態(tài)流變特性與動態(tài)流變特性，并通過聚合物相對粘度的變化研究了紡絲液的穩(wěn)定性。研究表明，聚芳

3、砜酰胺在溶液中較穩(wěn)定，不隨溶解時間延長或者溶解溫度升高而發(fā)生明顯的降解；穩(wěn)態(tài)研究表明：低剪切速率時，溶液表觀粘度與切變速率無關，呈牛頓流體特性；在高剪切速率區(qū)，溶液表現(xiàn)為切力變稀的流變行為，且隨濃度的增大或溫度的降低，發(fā)生切力變稀的臨界剪切速率向低速率區(qū)移動。動態(tài)流變研究表明：隨著溶液濃度的增大或者溫度的降低，溶液的粘彈性增強，而在實驗范圍內凝膠點未出現(xiàn)。同時，探討了聚芳砜酰胺成纖聚合物在“綠色溶劑”離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽(

4、[Bmim]Cl)中的溶解特性并采用HAKKE RS150L錐板流變儀研究了聚芳砜酰胺/[Bmim]Cl溶液的穩(wěn)態(tài)流變與動態(tài)流變特性，并與常規(guī)紡絲液的流變特性進行了對比。研究表明：溫度在70℃以上時，[Bmim]Cl對聚芳砜酰胺具有良好的溶解能力，且隨著溫度的升高，溶解速率加快；聚芳砜酰胺/[Bmim]Cl溶液與聚芳砜酰胺的N，N’-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液表現(xiàn)出相似的流變學特性，但是相同條件下其零切粘度更大，且具有更大的黏流活化能

5、。因此，可以通過控制溫度、濃度、剪切速率來實現(xiàn)與常規(guī)紡絲液相似的工藝設備與工藝參數(shù)來對聚芳砜酰胺/[Bmim]Cl紡絲液進行纖維成型加工。
　　 采用同步輻射廣角X射線衍射(WAXD)以及小角X射線散射(SAXS)研究了聚芳砜酰胺纖維的超分子結構以及微孔結構沿紡程的發(fā)展與演變；結合動態(tài)熱力學(DMA)分析與熱失重(TGA)分析研究了纖維的熱性能沿紡程的變化，并對沿紡程各段纖維的力學性能進行了檢測。研究表明，在紡絲成型過程中，從聚

6、芳砜酰胺初生纖維的形成，經過塑化拉伸、水洗等各段工序，特別是在熱拉伸與熱定型工序過程中，纖維的結晶度以及晶區(qū)取向度顯著提高，結晶區(qū)晶面間距和晶粒尺寸增大，并伴隨著纖維孔洞的增大；而纖維的斷裂強度以及模量隨著結晶度與晶區(qū)取向度的增加顯著上升。
　　 采用控溫拉伸的方式，研究了在塑化拉伸過程中，拉伸速率、拉伸溫度對聚芳砜酰胺初生纖維的可拉伸性的影響，并采用同步輻射WAXD在線監(jiān)測了初生纖維在拉伸過程中晶態(tài)結構的變化；討論了拉伸倍數(shù)對

7、纖維的力學性能的影響規(guī)律。研究表明，在較低的拉伸速率下，拉伸應力隨著拉伸速度的增大而不斷增大，而當拉伸速率達到40mm/min時，拉伸應力出現(xiàn)了下降的趨勢，而升高拉伸溫度與降低拉伸速率對拉伸過程應力-應變曲線的影響相似；在塑化拉伸過程中，隨著拉伸倍數(shù)的增加，纖維的斷裂強力升高而斷裂伸長率下降，當拉伸倍數(shù)達到2.2倍時，纖維的晶區(qū)取向顯著增加，且力學性能最佳，而過度拉伸會導致纖維中缺陷的形成以及原絲中斷頭的出現(xiàn)，這樣纖維的力學性能反而下降