三维网络载体及定形相变材料的制备与应用

论文摘要

本实验首先采用正交试验法，分别在水和乙醇溶剂体系中，以N-羟甲基丙烯酰胺为反应单体，过硫酸铵为引发剂，N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用自由基聚合法，合成具有三维网络结构的PNHMPA凝胶，对凝胶的溶胀性做了溶胀性实验，讨论聚合反应条件对溶胀度的影响，确定了最佳工艺。结果表明，水系中：交联剂与单体的摩尔比是1：9；单体与水的质量比是1：10；引发剂占单体的质量的百分比是1.5%；反应时间是3.5h；乙醇体系中：交联剂与单体的摩尔比是1:3；单体与水的质量比是1:6；引发剂占单体的质量的百分比是1.5%；反应时间是4h。SEM测试表明载体存在三维网络结构；TG测试表明载体在300℃开始失重，能够满足300℃以下纺丝加工的要求。其次以PNHMPA凝胶为载体，月桂酸和十六醇的二元共混物为相变材料，制备定形相变材料；根据定形相变材料的耐热性和对相变材料的固定效果确定了制备定形相变材料的最佳工艺：交联剂与单体的摩尔比是1:3，单体与乙醇的质量比是1:6，引发剂占单体的质量百分比是1.5%，反应时间是4h，相变材料含量为50%；采用红外光谱（IR）、示差扫描量热法（DSC）、热重分析（TG）、扫描电镜（SEM）等手段对定形材料的结构及性能进行了表征与分析，结果显示：IR分析表明定形相变材料是载体与相变材料的物理结合，没有化学键的生成，相变材料结构没有发生变化；DSC分析表明定形相变材料随相变材料含量的增加，相变焓逐渐增大；TG分析表明定形相变材料中的定形载体和相变材料的热降解温度分别在430℃和230℃附近，能够满足后期加工的需要；SEM测试表明相变材料均匀的分布在载体的孔洞中。最后将定形相变材料与PP进行共混，进行熔融纺丝成形，制备新型聚丙烯相变纤维，采用SEM、DSC、TG、单丝强力仪等手段对相变纤维的结构与性能测试，结果显示：SEM表明由于定形相变材料的加入，低含量和较高含量时纤维表面形态略有变化，变得粗糙，相变材料含量为8%时，纤维表面相对光滑平整，断面形态看出相变材料均匀分布在聚丙烯纤维中，在纤维的边缘有孔洞出现是因为在纤维加工过程中有一部分相变材料挥发所致；DSC分析表明，随着相变材料含量的增加，焓值先增大后减小，当相变材料含量9%时，焓值最大为4.23J/g。纤维强力测试表明，随着相变材料含量的增加，断裂强度先增加后降低，相变材料含量为9%时，断裂强度最大；TG分析表明在200℃下纤维失重很小，500℃之前失重10%，是相变材料及其载体降解所致，相变纤维在500℃以后大量失重，是纤维的基体PP失重引起的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 相变材料的概述
• 1.1.1 相变材料的定义
• 1.1.2 相变材料的分类
• 1.1.3 相变材料的热力学特性及测量方法
• 1.1.4 相变材料的性能要求
• 1.2 定形相变材料的制备与应用研究
• 1.2.1 定形相变材料的定形理论
• 1.2.2 定形相变材料的定形方法
• 1.2.3 定形相变材料的应用
• 1.3 相变材料在纺织领域的应用与研究进展
• 1.3.1 纺织用相变材料的性能要求
• 1.3.2 相变纤维制纺织品的调温原理
• 1.3.3 相变纤维的制备方法
• 1.3.4 相变纤维的性能及表征
• 1.3.5 相变纤维在纺织领域的应用
• 1.3.6 相变纤维在国内外的研究进展和发展趋势
• 1.4 选题的背景、意义和研究内容
• 1.4.1 选题的背景和意义
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 PNHMPA 三维凝胶网络的制备与研究
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验过程
• 2.3.1 凝胶载体的制备
• 2.3.2 凝胶的干燥
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 凝胶溶胀性测试
• 2.4.2 凝胶耐热性测试
• 2.4.3 SEM 形态测试
• 2.4.4 TG 性能测试
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 溶胀行为
• 2.5.2 温度对溶胀度的影响
• 2.5.3 聚合反应条件对溶胀度的影响
• 2.5.4 干燥方式对溶胀度的影响
• 2.5.5 凝胶的 SEM 形态
• 2.5.6 凝胶的耐热性
• 2.5.7 凝胶的 TG 测试
• 第三章 PNHMPA/月桂酸/十六醇定形相变材料的制备与研究
• 3.1 实验原料
• 3.2 实验仪器
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 二元相变材料的制备
• 3.3.2 PNHMPA/月桂酸/十六醇定形相变材料的制备
• 3.4 性能测试
• 3.4.1 定形相变材料的 SEM 测试
• 3.4.2 定形相变材料的 IR 测试
• 3.4.3 定形相变材料的 DSC 测试
• 3.4.4 定形相变材料的 TG 测试
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 定形相变材料的 IR 测试
• 3.5.2 定形相变材料的 SEM 测试
• 3.5.3 定形相变材料的 DSC 测试
• 3.5.4 定形相变材料的 TG 测试
• 第四章 PNHMPA/月桂酸/十六醇定形相变材料在调温纤维中的应用研究.
• 4.1 实验原料
• 4.2 实验仪器
• 4.3 实验过程
• 4.3.1 PP/定形相变材料共混物的制备
• 4.3.2 PP/定形相变材料纤维制备
• 4.4 性能测试
• 4.4.1 PP/定形相变材料共混物流变性能测试
• 4.4.2 PP/定形相变材料共混物的结晶实验
• 4.4.3 PP/定形相变材料纤维强力测试
• 4.4.4 PP/定形相变材料纤维形态测试
• 4.4.5 PP/定形相变材料纤维 DSC 测试
• 4.4.6 PP/定形相变材料纤维 TG 测试
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 PP/定形相变材料共混物流变性能
• 4.5.2 PP/定形相变材料共混物的结晶实验
• 4.5.3 PP/定形相变材料纤维强力测试
• 4.5.4 PP/定形相变材料纤维形态结构
• 4.5.5 PP/定形相变材料纤维 DSC 测试
• 4.5.6 PP/定形相变材料纤维 TG 测试
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 已发表的论文