聚苯硫醚纤维成形研究

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聚苯硫醚(PPS)纤维是耐高温、耐化学腐蚀的高性能纤维。近年来,我国PPS树脂合成打破国外技术封锁,取得突破,而纤维成型加工尚存在瓶颈。本课题立足于国产线性PPS树脂,对国产PPS树脂的流变行为、结晶性能、可纺性能及PPS初生纤维后加工性能进行了研究。主要结果如下:1、研究了分子量、剪切速率、温度对PPS树脂流变行为的影响。随着剪切速率的增大,树脂的粘流活化能减小;结构化粘度随温度升高而减少;阐述了树脂流变性能与可纺性关系。研究表明剪切速率和温度共同影响着PPS的表观粘度,表观粘度对温度的依赖性随剪切速率增加而降低。2、采用DSC法,研究PPS树脂的非等温结晶动力学。分别采用修正Avrami方程、Ozawa方程、莫志深方程处理数据。研究表明,修正Avrami方程具有较好的线性关系,Avrami指数n在4~6之间;Ozawa指数m随结晶温度增加而增加,在0.5~3之间,结晶速度随结晶温度呈高斯分布,在238.5℃附近有最大结晶速度。莫志深方程处理得到结晶速度值随着相对结晶度的增大而增大。采用Kissinger方法可得国产PPS结晶活化能AE值为517.8 kJ/mol。应用热台偏光显微镜,研究了PPS结晶形态和晶体径向生长速度,在250℃等温条件下,结晶诱导期为18s,球晶直径增长速率约为2.767×10-7m/s。3、采用DSC法,研究了PPS/纳米粉体(SiO2、TiO2、BaSO4、CaCO3)、PPS/超支化PPS的共混体系的非等温结晶性能,并用莫志深法处理了实验数据。研究表明,与纯PPS树脂相比,PPS/超支化PPS树脂、PPS/CaCO3结晶温度向低温方向移动,结晶速度降低;PPS/ZnO、PPS/TiO2、PPS/SiO2结晶温度向高温方向移动,结晶速度增加。4、通过熔融纺丝探索PPS树脂纺丝工艺范围,研究了纺丝速度、存放时间对初生纤维超分子结构、力学性能的影响。研究表明,400~800m/min的纺丝速度范围内,纤维具有较好的可纺性,随纺速的增加,初生纤维取向、断裂强度、断裂伸长变化不大,结晶度在13%左右;存放过程中,初生纤维的取向先升高后降低,密度、断裂强度、断裂伸长均增加,初生纤维可牵倍数略有增加。5、论文进一步研究了牵伸倍数、牵伸速度对牵伸纤维的取向度、结晶度、力学性能、热收缩性能的影响。通过模拟计算,得到了不同牵伸速度下纤维细颈的温升约为80℃。并比较了定型方式、定型温度、定型时间对牵伸纤维超分子结构、力学性能的影响。根据牵伸、定型工艺对纤维结构性能影响规律,确定了连续运行工艺条件,得到了强度为3.7cN/dtex、伸长为22.2%、沸水收缩率为9.6%,成形良好的PPS纤维,制得的PPS纤维具有良好的热稳定性和化学稳定性。
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