芳綸纖維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與成紙性能之間的關(guān)系研究.pdf

1、芳綸纖維是上個(gè)世紀(jì)60年代末一種芳香族聚酰胺纖維，自問世以來，以其優(yōu)異的機(jī)械性能、耐熱性能、阻燃性能、電氣絕緣性能及耐溶劑等性能而廣泛應(yīng)用于航空、航天、國防、電子、通訊、環(huán)保、化工和海洋開發(fā)等軍民兩用領(lǐng)域。芳綸紙作為芳綸纖維高端應(yīng)用領(lǐng)域中的一種片材，如何充分利用芳綸纖維優(yōu)異的物化結(jié)構(gòu)性能成為提高其性能和產(chǎn)品檔次的關(guān)鍵。近年來，在芳綸聚合物合成工藝以及芳綸纖維紡絲工藝過程中，LiCl/極性溶劑體系的應(yīng)用逐漸顯露其優(yōu)點(diǎn)。此外，該溶劑體系還能

2、夠?yàn)榉季]纖維分子量等二級結(jié)構(gòu)與性能的研究打下基礎(chǔ)。本課題從芳綸纖維在LiCl/極性溶劑中的溶解性能入手，研究了芳綸纖維內(nèi)聚能密度、分子量及其分布，結(jié)晶度等結(jié)構(gòu)與熱壓光過程中芳綸纖維耐熱性能的關(guān)系；以及芳綸紙熱壓光過程中纖維表面、界面與成紙性能的關(guān)系。其中主要結(jié)論如下： 芳綸纖維在LiCl/DMAc溶劑體系中的溶解性能比在LiCl/DMF系統(tǒng)中優(yōu)越。當(dāng)LiCl在DMAc中質(zhì)量濃度達(dá)5％時(shí)，纖維溶解性能較強(qiáng)，此時(shí)的溶解液容納水的能力

3、也較高，溶解液的穩(wěn)定性較好；溶解溫度越高，纖維濃度越低，LiCl濃度越高，溶解性能則越強(qiáng)。然而溫度過高時(shí)溶解液中由于NH2存在而使溶液顏色變深，適宜的溶解溫度范圍是80℃～110℃。溶解破壞了芳綸纖維分子鏈間氫鍵而破壞其凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，纖維初始結(jié)晶度下降明顯，而化學(xué)組成并無明顯變化。 確定了芳綸紙纖維分離的新方法及其工藝。利用芳綸短纖維與漿粕的溶解性能巨大差異，依照減量計(jì)算方法得出Nomex未壓芳綸紙中漿粕與短纖維的配比約為1.53

4、:1。 確定了芳綸纖維結(jié)構(gòu)與溶解性能的關(guān)系。芳綸纖維結(jié)構(gòu)中分子量與結(jié)晶度是影響溶解性能的主要因素，其中結(jié)晶度影響更為顯著。隨著結(jié)晶度提高，內(nèi)聚能密度增大，纖維分子鏈間等作用力也隨之增強(qiáng)。 確定了芳綸纖維結(jié)構(gòu)與耐熱性能的關(guān)系。其一，確定了熱壓光對芳綸纖維粘度及對粘均分子量、內(nèi)聚能密度，結(jié)晶度與玻璃化溫度等結(jié)構(gòu)性能的影響。結(jié)果顯示：熱壓光導(dǎo)致芳綸纖維粘度、粘均分子量顯著下降，而使其內(nèi)聚能密度，結(jié)晶度與玻璃化溫度提高。其二，由

5、GPC-MALLS分析得知，造紙用芳綸纖維短纖維及漿粕的重均分子量10～15萬，多分散系數(shù)在1～2。XRD分析表明，芳綸短纖維結(jié)晶度高于漿粕，漿粕呈現(xiàn)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。由DSC-TG熱分析可得，芳綸短纖維只出現(xiàn)裂解吸熱峰，其他特征溫度不很明顯。相對而言，芳綸漿粕具有明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(起始于270℃左右)與冷結(jié)晶放熱峰(起始于300℃左右)。芳綸纖維分子量越大、分子量分散系數(shù)越小以及冷結(jié)晶度越高，其裂解溫度越高，其中纖維冷結(jié)晶能力取決于初始

6、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。纖維熱裂解導(dǎo)致低分子量級分增多，顏色變深，纖維裂解開始前結(jié)晶度越高，則裂解峰積分強(qiáng)度越大。纖維熱失重率隨平均分子量增大、分子量分散系數(shù)減小而減少，然而纖維熱失重大小并不取決于熱裂解程度。 確定了芳綸纖維及漿粕表面能與其之間的粘接以及復(fù)合紙性能的關(guān)系并顯示：芳綸纖維及漿粕的表面能為35～45mJ/m-2。其中，芳綸短纖維表面能稍高于芳綸漿粕，這使得芳綸短纖維在熱壓光過程中被芳綸漿粕潤濕。纖維表面能越高越利于其表面可潤濕性