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相变材料是利用材料在相转变过程中的吸热和放热现象,进行热能储存和温度调节控制的材料。功能性纤维的开发和研制是为了满足特殊的用途和需要。其中,具有热储能作用的相变纤维是重要的发展方向之一。相变纤维可应用于军事和民用的各个领域。本课题选用聚乙二醇(PEG)作为相变介质,研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚乙二醇(PET-PEG)共聚物熔融纺丝工艺技术制备相变纤维。制得了在常温(10-60℃)范围内具有良好相变性能和一定的物理机械性能的相变纤维,且在使用过程中仅发生固-固相变,无明显液态物质出现。通过改变所使用PEG工作物质的分子量及采用不同分子量的工作物质进行复配,可以对在该温区内的相变温度及相变焓的大小进行控制。
本文通过选用合适的合成路线,聚合出具有常温相变性能的PET-PEG共聚物,对其进行评价和表征。研究不同配方对PET-PEG共聚物的相变性能、结晶性能、耐久性能、热稳定性能的影响,以及PET-PEG共聚物的可纺性。主要研究结果如下:
1.采用对苯二甲酸二甲酯与乙二醇进行酯交换,待出甲醇量达到理论值的90%以后,开始抽低真空,生成对苯二甲酸乙二酯的低聚物,一个半小时后,再加入聚乙二醇进行共聚,可生成PET-PEG共聚物。PET-PEG共聚产物的相变性能优于PET/PEG共混物,且具有固-固相变特性。
2.PET-PEG共聚物的相变性能来自于嵌段聚合物中的PEG嵌段。为取最佳热性能,可将PEG比例拟定在35-45%之间。选用分子量为4000与6000的PEG按照一定比例混合后进行共聚合,得到在不同温区范围内有常温相变性能的PET-PEG嵌段共聚物。PET-PEG共聚物还具有一定的耐久性能。
3.随着PEG/DMT的增大,PET-PEG共聚物结晶速率越来越快,相对结晶度也增大。而结晶速率随着PEG分子量的增加而降低。
4.经过NMR测试,证实合成的共聚物是以硬段封端的嵌段共聚物,PET-PEG嵌段共聚物样品中发生了PET与PEG之间的共聚,-(CH2CH2-O)-聚醚链段已经进入PET链段,且PET-PEG嵌段共聚物中的PEG嵌段部分依旧保有一定的长度。PET-PEG嵌段共聚物的组成接近于投料比。
5.PET-PEG嵌段共聚物具有一定的热稳定性。
6.通过对PET-PEG共聚物进行模拟纺丝以及模拟纺丝产物一些性能的测定,证明了PET-PEG共聚物具有一定的可纺。随着PET-PEG共聚物中PEG含量的上升,粘度下降,纺丝性能下降。使用PEG含量为35%-45%之间的共聚物较佳,而且纺丝产物具备一定的拉伸性和断裂强度。