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聚对苯二甲酰对苯二胺(Poly(para-Phenylene Terephthalamide),PPTA)浆粕具有PPTA纤维许多优异的物理机械性能同时,有更强的复合效果,被广泛应用于摩擦、密封、增强材料等领域。制备PPTA浆粕最为成熟且已工业化的方法是PPTA液晶纺丝-切割法。本文分别采用低温溶液直接缩聚法和沉析法制备PPTA浆粕,并通过对其成形过程的数学分析,对PPTA浆粕的成形机理进行了较为深入的研究。 首先对在简单溶剂体系NMP-CaCl2中,低温溶液直接缩聚法制备PPTA浆粕的工艺条件进行了优化。不同因素对PPTA浆粕的相对分子质量及长径比的影响大小顺序为:搅拌速率>单体初始浓度>TPC第一次投料比,特别是搅拌速率对PPTA浆粕长径比的影响非常显著;利用超声波洗涤PPTA浆粕,能够缩短洗涤时间、减少灰分含量。 随着PPTA缩聚反应的进行,反应程度增加,反应由化学反应控制变为扩散控制过程,相邻的PPTA齐聚物末端官能团之间发生反应必须满足以下两个条件:末端反应官能团间的中心距离较小,即|r|<a和PPTA分子链之间近乎平行排列,即θ<θc。剪切流动诱导PPTA分子沿着流动方向发生取向,提高剪切速率,一方面,满足反应判据θ<θc的PPTA分子数增加,在利于加快缩聚反应速率、提高PPTA的聚合度;另一方面,在PPTA冻胶体形成后,停止搅拌,取向被保留,使聚合物具有很好的成纤性,具有较大的长径比,而且冻胶体内,高度取向的聚合物具有更高的强度,因此,在高剪切速率下所制得的PPTA浆粕带状结构更为明显。 研究了较低相对分子质量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和液氨两种新的无毒添加剂对直接缩聚法制备PPTA浆粕性能的影响。PVP K30的加入有利于提高产物相对分子质量、提高浆粕的长径比、改善浆粕的表面原纤化等作用,但不影响PPTA浆粕的化学结构及结晶性能;而液氨的加入也有利于提高PPTA浆粕的相对分子质量,但对浆粕的其它性能没有任何影响。 在间歇式反应容器中制备PPTA浆粕的基础上,采用啮合同向旋转的双螺杆作为主反应器,半连续化制备了即TA浆粕。挤出PPTA冻胶体的厚度可通过机头狭缝的厚度来控制,较薄的PP了认.冻胶体可以减小熟化过程中的温度梯度,有利于即TA浆粕的相对分子质量及长径比的提高。较低的预缩聚反应温度,有利于得到高相对分子质量的即TA浆粕;而主反应温度则应控制在70℃左右为宜。物料在双螺杆中的停留时间超过3分钟,才满足制备即TA浆粕的工艺要求。螺杆的转速对PPTA浆粕的相对分子质量和长径比的提高都不显著,若转速太快,使物料在双螺杆中的停留时间缩短,反而不利于得到性能较好的即TA浆粕。 本论文提出了一种制备PPTA浆粕的全新方法一沉析法,即采用将PPT八竹25仇浆液直接在剪切流动的凝固液中沉析出PPTA浆粕。对沉析法制备PPTA浆粕的成形机理进行了探索,粘稠的PPT凡HZSO4浆液在凝固液中分散成小液滴,在剪切力的作用下发生形变后,当凝固液扩散到变形液滴的一定位置,且强度达到一定时,就会沉析出PPTA纤维,进而在高速剪切力的作用下原纤化成PPTA浆粕。根据对沉析法制备PPTA浆粕成形机理的推测,分别对PPTA/HZSq对液滴的变形过程和凝固过程进行了数学分析,得出了PPI,A浆粕最终长度受剪切速率、凝固液的扩散速率,液滴的初始尺寸、浆液与凝固液粘度比等因素的影响,由于为了简化计算过程,对形变、凝固过程都作了相应的理想化的假设,计算结果与实验结果稍有出入。通过热失重法对直接缩聚法和沉析法制备的PPTA浆粕的热稳定性及热分解动力学进行了分析,结果发现:即TA浆粕具有较好的热稳定性,在300℃以下失重很少,但在470℃以上热分解速率较快,在氮气中的热分解活化能较高。对Kevlar、Twaron浆粕、和本实验自制的PPTA浆粕增强复合材料的摩擦磨损性能进行了研究,发现三种PPTA浆粕增强的摩擦材料都具有优良的摩擦磨损性能都克服了石棉增强的摩擦材料在较高温度下,磨损率较大的缺点。 本论文的主要创新点为:(1)啮合同向旋转的双螺杆作为主反应器,半连续化制备了即TA浆粕;(2)利用沉析法制备PPTA浆粕;(3)选用新的酸吸收剂,该碱性物质价廉且对环境友好;(4)选用高分子添加剂,改善了浆粕的成纤性;(5)对PPTA浆粕的成形过程进行数学分析并对其成形机理进行了探讨。