PTT/PBT共混及纤维制备与性能研究

论文摘要

PTT纤维因综合性能优异,在地毯及服用领域的应用越来越广泛,但PTT目前在国内还未实现大规模生产,主要靠进口,无法满足国内应用需求。而PBT在国内已有规模生产和应用,但用作纤维,PBT在回弹性、断裂伸长率、尺寸稳定性等方面都不如PTT纤维。由于PTT和PBT在结构、熔点等方面有很大的相似性,将两者共混纺丝,预期能得到综合性能优于PBT而接近PTT纤维的新型共混纤维。本论文采用DSC、WAXD、SEM、POM、转矩流变仪等方法对PTT/PBT共混物热学性能、相容性、结晶性能、流变性能等进行研究,并在此基础上对共混体系进行纺丝和牵伸,对其常规力学性能、回弹性、热收缩性和染色性能等进行测试和比较。研究结果如下:通过DSC、WAXD、SEM研究发现,共混体系在无定形区相容性较好,而在晶区是晶相分离的,总体上是一个相畴很小的复相体系。由Tg值预计共混纤维拉伸时热盘温度在68℃左右,共混纤维可用分散染料进行常压染色。由熔融性能研究可知,PTT/PBT共混体系各样品的熔点相近,故纺丝工艺参数较好控制,预计各区温度在250-275℃之间。通过DSC、POM对共混体系结晶性能、晶体形貌及结晶动力学研究发现,PBT含量超过20%时,共混体系冷结晶能力提高,而熔融结晶能力降低,配比为50/50时,熔融结晶能力最差;晶体沿着三维方向生长成球晶形态,同时存在异相成核与均相成核两种方式。通过流变性能研究发现,熔体为典型的假塑性流体。共混物的表观粘度随着PTT含量的增大而减小,PTT含量为50%时,出现了极大值,而此时,非牛顿指数n出现极小值。PTT含量为30%和70%时,非牛顿指数n出现极大值。粘流活化能Eη随体系中PTT含量增加先增大后减小,当PTT含量为70%时,Eη最大,温度敏感性最强。在过低或过高的剪切速率下,Eη都比较大,不利于纺丝工艺的控制。PTT/PBT共混体系在熔融纺丝过程中表现出良好的可纺性。PTT组分的加入明显改善了共混纤维的拉伸性能。随PTT含量的增加,纤维强度先减小后增大。提高纺丝速度可以提高共混纤维的强度,但也造成了纤维力学性能的不均匀性。定伸长为20%时,PTT含量高于50%的共混纤维表现出了明显优于纯PBT纤维的回弹性,PTT含量为70%时,回弹性已经可以与纯PTT纤维相当;定伸长为15%时,PTT含量高于50%的共混纤维均能达到完全回复。对纤维收缩率和染色性能测试表明,最大拉伸倍数下,共混纤维的沸水和干热收缩率都比纯组分纤维大;相同拉伸倍数下,PTT含量高于50%的共混纤维热收缩率比纯PBT纤维有所降低,尺寸稳定性改善。共混纤维在常压下用分散蓝染色的上染率比纯组分纤维高,当PTT/PBT（w/w）为50/50时上染率最高。所有结果表明,PTT/PBT共混纤维的各项性能明显优于纯PBT纤维,当PTT含量达到50%以上时,共混纤维已基本能代替纯PTT纤维使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚对苯二甲酸-1,3-丙二醇酯（PTT）
• 1.1.1 PTT及其纤维的发展简史
• 1.1.2 PTT纤维的性能特点
• 1.1.3 PTT纤维的应用现状及局限性
• 1.2 聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）
• 1.2.1 PBT的发展简史
• 1.2.2 PBT纤维的性能特点
• 1.3 共混物的制备方法、设备及聚酯共混研究现状
• 1.3.1 共混物的制备方法
• 1.3.2 热塑性聚酯共混物的研究现状
• 1.4 本课题的提出及研究内容
• 1.4.1 本课题的提出
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 第二章 PTT/PBT共混体系的热学性能及对纺丝工艺的指导
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器与设备
• 2.2.3 PTT/PBT共混物的制备
• 2.2.4 差示扫描量热法（DSC）分析
• 2.2.5 广角X射线衍射（WAXD）测试
• 2.2.6 扫描电子显微镜（SEM）观察
• 2.2.7 热台偏光显微镜（POM）分析
• 2.3 结果与讨论
• g'>2.3.1 PTT/PBT共混体系的玻璃化转变温度T_g
• 2.3.2 PTT/PBT共混体系的冷结晶
• 2.3.3 PTT/PBT共混体系的熔点
• 2.3.4 PTT/PBT共混体系的熔体结晶
• 2.4 本章小结
• 第三章 流变性能研究及对纺丝工艺的指导
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器与设备
• 3.2.3 流变性能的测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 共混体系流动曲线
• 3.3.2 共混体系的非牛顿指数n
• η'>3.3.3 共混体系的粘流活化能E_η
• 3.3.4 共混体系流变性能研究对纺丝工艺的指导分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 PTT/PBT共混纤维的制备及常规力学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器与设备
• 4.2.3 PTT/PBT共混纤维的制备
• 4.2.4 PTT/PBT共混纤维纤度的测定
• 4.2.5 PTT/PBT共混纤维取向度的测定
• 4.2.6 PTT/PBT共混纤维强力测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 PTT、PBT切片的干燥
• 4.3.2 PTT/PBT共混体系的纺丝工艺
• 4.3.3 PTT/PBT共混纤维的牵伸工艺
• 4.3.4 PTT/PBT共混纤维的常规力学性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 共混纤维的其它性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 实验仪器与设备
• 5.2.3 回弹性能测试
• 5.2.4 热收缩性能测试
• 5.2.5 染色性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 PTT/PBT共混纤维的拉伸弹性
• 5.3.2 PTT/PBT共混纤维的收缩性能
• 5.3.3 PTT/PBT共混纤维的染色性能
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间研究成果目录
• 致谢