聚对苯二甲酰对苯二胺浆粕的制备及其成形机理的研究

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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.该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-CaCl<,2>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.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PPTA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PPTA冻胶体可以减小熟化过程中的温度梯度,有利于PPTA浆粕的相对分子质量及长径比的提高.该论文提出了一种制备PPTA浆粕的全新方法-沉析法,即采用将PPTA/H<,2>SO<,4>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PPTA/H<,2>SO<,4>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.
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