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当代社会人们随着对未知领域更深入的探索和研究,涉足更多有高温、水、火、酸碱腐蚀危险的领域,迫切需要特种防护装备抵御特殊环境面临的威胁,防护装备以轻量化为设计目标,满足高效防护的同时对舒适度的要求越来越高,新型高性能防护服亟待开发。
高性能纤维中聚苯硫醚(PPS)纤维凭借其优异的耐化学腐蚀性,自身阻燃性,良好的力学性能成为最具前景的高性能防护服用纤维原料之一。但PPS纤维存在着吸湿率低,染色性差,耐光老化效果差的不足,限制了其在服用领域的推广。针对上述问题,在对当前改性方法优缺点进行对比分析后,本课题组选用高分子聚电解质材料聚丙烯酸钠(PAAS)与纳米二氧化钛作为改性剂,通过熔融共混的改性方法制备PPS复合母粒,将PPS复合母粒与PPS切片共混成功制备PPS复合纤维。利用扫描电镜(SEM)、热重分析仪(TG)、差示扫描量热仪(DSC)、接触角测试仪、分光光度计等仪器对PPS复合纤维的结构与性能进行测试表征。
通过扫描电镜(SEM)观察发现PAAS与PPS相容性好纳米TiO2在PPS中不存在明显的团聚现象;通过差式扫描量热仪(DSC)和声速取向仪对PPS复合纤维的结晶、取向测量,发现PPS复合纤维的玻璃化转变温度下降,结晶度有所降低,无定形区域面积增大,有利于PPS复合纤维吸湿率的提升;同时,通过热重分析仪(TG)测试分析PPS复合纤维的初始分解温度T5%在503℃以上,仍可以保持PPS纤维原有的良好的热稳定性。PPS复合纤维的拉伸断裂强度由纯PPS纤维的2.94cN/dtex微弱降低到2.86cN/dtex,断裂伸长率可保持在29%左右,且在酸碱测试环境中,PPS复合纤维仍然可以保持PPS原有的力学性能。
利用烘箱法和接触角测试仪表征PPS复合纤维的吸湿亲水效果。随PAAS含量的提高,PPS复合纤维的吸湿回潮率逐渐增大,水接触角逐渐减小,PPS/PAAS(98.5/1.5)纤维吸湿回潮率可由纯PPS纤维的0.21%提高到2.11%,水接触角可由纯PPS纤维的74.1°降低到52.3°,加入纳米TiO2后,纤维吸湿效果变化不大。由此得出PAAS对PPS的吸湿作用突出,并分析了PAAS对PPS复合纤维吸湿过程的影响及其作用机理。
采用高温高压法与载体法对PPS复合纤维进行染色条件实验,得到最佳染色温度是130℃,载体选用苯甲酸苄酯时,最佳用量是6g/L,染色时间为60min,得到分散红玉SE-GFL的纤维上染率达到94.7%,耐水洗色牢度达5级,加入TiO2后,PPS复合纤维的耐光照色牢度可达7-8级;载体选用百里香酚时,最佳用量是9g/L,但纤维上染效果提升不如苯甲酸苄酯明显。PPS/TiO2/PAAS(97.5/1/1.5)纤维经紫外光照192h后,拉伸断裂强度仍能保持在2.05cN/dtex,强度保持率较纯PPS纤维的37.8%提升到70.5%,而PPS/PAAS复合纤维的断裂强度与纯PPS纤维相近,得出PPS复合纤维抗紫外性能作用提升的关键在于纳米TiO2,最后分析得出PPS复合纤维的染色、抗紫外稳定作用的机理。
高性能纤维中聚苯硫醚(PPS)纤维凭借其优异的耐化学腐蚀性,自身阻燃性,良好的力学性能成为最具前景的高性能防护服用纤维原料之一。但PPS纤维存在着吸湿率低,染色性差,耐光老化效果差的不足,限制了其在服用领域的推广。针对上述问题,在对当前改性方法优缺点进行对比分析后,本课题组选用高分子聚电解质材料聚丙烯酸钠(PAAS)与纳米二氧化钛作为改性剂,通过熔融共混的改性方法制备PPS复合母粒,将PPS复合母粒与PPS切片共混成功制备PPS复合纤维。利用扫描电镜(SEM)、热重分析仪(TG)、差示扫描量热仪(DSC)、接触角测试仪、分光光度计等仪器对PPS复合纤维的结构与性能进行测试表征。
通过扫描电镜(SEM)观察发现PAAS与PPS相容性好纳米TiO2在PPS中不存在明显的团聚现象;通过差式扫描量热仪(DSC)和声速取向仪对PPS复合纤维的结晶、取向测量,发现PPS复合纤维的玻璃化转变温度下降,结晶度有所降低,无定形区域面积增大,有利于PPS复合纤维吸湿率的提升;同时,通过热重分析仪(TG)测试分析PPS复合纤维的初始分解温度T5%在503℃以上,仍可以保持PPS纤维原有的良好的热稳定性。PPS复合纤维的拉伸断裂强度由纯PPS纤维的2.94cN/dtex微弱降低到2.86cN/dtex,断裂伸长率可保持在29%左右,且在酸碱测试环境中,PPS复合纤维仍然可以保持PPS原有的力学性能。
利用烘箱法和接触角测试仪表征PPS复合纤维的吸湿亲水效果。随PAAS含量的提高,PPS复合纤维的吸湿回潮率逐渐增大,水接触角逐渐减小,PPS/PAAS(98.5/1.5)纤维吸湿回潮率可由纯PPS纤维的0.21%提高到2.11%,水接触角可由纯PPS纤维的74.1°降低到52.3°,加入纳米TiO2后,纤维吸湿效果变化不大。由此得出PAAS对PPS的吸湿作用突出,并分析了PAAS对PPS复合纤维吸湿过程的影响及其作用机理。
采用高温高压法与载体法对PPS复合纤维进行染色条件实验,得到最佳染色温度是130℃,载体选用苯甲酸苄酯时,最佳用量是6g/L,染色时间为60min,得到分散红玉SE-GFL的纤维上染率达到94.7%,耐水洗色牢度达5级,加入TiO2后,PPS复合纤维的耐光照色牢度可达7-8级;载体选用百里香酚时,最佳用量是9g/L,但纤维上染效果提升不如苯甲酸苄酯明显。PPS/TiO2/PAAS(97.5/1/1.5)纤维经紫外光照192h后,拉伸断裂强度仍能保持在2.05cN/dtex,强度保持率较纯PPS纤维的37.8%提升到70.5%,而PPS/PAAS复合纤维的断裂强度与纯PPS纤维相近,得出PPS复合纤维抗紫外性能作用提升的关键在于纳米TiO2,最后分析得出PPS复合纤维的染色、抗紫外稳定作用的机理。