微量第三单体共聚改性聚对苯二甲酰对苯二胺及其液晶纺丝研究

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聚对苯二甲酰对苯二胺(poly(p-phenylene terephthanlamide))纤维在国内被称为芳纶1414,由于其具有高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优异的性能,因此被广泛应用于复合材料、建材、特种防护服、电子设备等领域,是一种高科技合成纤维。  本文在聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)体系中引入了微量的3,4’-二氨基二苯醚(3,4’-ODA),3,4’-ODA本身具有较好的柔性且分子结构有一定的夹角,它能增加PPTA分子链之间的距离,减弱氢键的作用,使共聚物的溶解性变好,从而有效推迟聚合反应相转变的时间,得到高分子量的PPTA。  本文采用低温溶液缩聚法在 PPTA体系中引入了微量的3,4’-ODA,系统的研究了3,4’-ODA含量、反应温度、单体摩尔浓度、反应时间、吡啶含量、LiCl含量等一系列因素对PPTA及其共聚物相对分子量(比浓对数粘度)的影响。找出了制备共聚PPTA的最佳反应条件:反应初始温度为-5℃,单体浓度为0.3mol/L,PPD与3,4’-ODA的摩尔比为98:2,反应时间为15-20min,吡啶的用量为2.5%,聚合体系所含LiCl的质量分数为1.5%;同时对PPTA及其共聚物进行了烷基化,并通过凝胶渗透色谱(GPC)测定了其重均分子量,当PPD与3,4’-ODA的摩尔比为98:2时共聚PPTA的分子量最高。  通过红外光谱表征了共聚PPTA的结构,在1220 cm-1处出现了C-O-C的伸缩振动,说明3,4’-ODA成功的被引入了PPTA共聚体系;使用X射线衍射分析了共聚PPTA的结晶性能,结果表明,当加入微量的3,4’-ODA时就能破坏PPTA体系的规整度,使结晶度大幅降低,当继续增加3,4’-ODA的含量时,结晶度也随之继续减小,但影响程度变小;对共聚PPTA进行了热重分析,发现加入了3,4’-ODA以后耐热温度会略低于PPTA,但仍维持在一个较高的水平;将共聚PPTA溶解在98%浓硫酸中,发现随着3,4’-ODA加入量的增多,共聚PPTA的溶解性逐渐变好;将共聚PPTA溶解在浓硫酸中成功的制备了薄膜,测试其力学性能,发现当PPD与3,4’-ODA的摩尔比为98:2的时候薄膜的抗拉强度和弹性模量最好,而伸长率则随着3,4’-ODA含量的增加而呈现出增加的趋势。  通过冷热台偏光显微镜研究了各个比例共聚PPTA-H2SO4溶液的液晶行为,温度从30℃到180℃,质量分数在8%到23%之间,均有不同程度的液晶现象产生;使用旋转流变仪研究了PPTA-H2SO4溶液的流变性能,PPTA-H2SO4溶液是典型的切力变稀流体,随着剪切频率的增加,储能模量增加,损耗模量增加,而损耗正切角先增大后减小;复数粘度,储能模量,损耗模量,损耗正切角曲线随着质量分数的增加而上移,随着溶液温度的增加而下移;使用幂方程进行了拟合,得到了非牛顿指数n,n值随质量分数的增大而增大,随温度的升高先增大后减小,并通过零切粘度计算了18%,20%,22%PPTA-H2SO4溶液的粘流活化能。  使用质量分数为10%的自制比浓对数粘度为3.57的共聚 PPTA与质量分数为90%国产比浓对数粘度为5.8的PPTA进行共混纺丝,得到了尺寸均匀,形状规则的纤维。
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