聚甲醛纤维的制备与表征

论文摘要

聚甲醛是一种高密度、高结晶的线型高聚物,具有优异的综合性能。用其制备的POM纤维能够继承聚甲醛的大部分优点并能发挥其潜在优势,具有高强度、高模量及优异的尺寸稳定性、热稳定性和耐碱性、耐化学腐蚀、耐光、耐候、耐磨耗等性能,是综合性能最好的合成纤维之一,具有良好的应用前景。POM纤维的制备方法有多种,迄今为止熔融纺丝法是降低生产成本,提高生产效率,实现工业化生产的最佳方法。但由于POM结晶度高、结晶速率快且熔点和分解温度接近,容易造成POM初生纤维的结构不均匀,以致影响成品纤维的力学性能和热性能,成为稳定生产,提高纤维性能的瓶颈。因此研究POM熔融纺丝工艺和牵伸工艺,对实现POM纤维的工业化生产具有重要意义。本课题对POM切片进行了热性能、流变性能分析以及POM切片的热分解动力学研究；探索了POM纤维的熔体纺丝和水浴牵伸工艺,研究了POM纤维的结晶性能、取向结构、力学性能和耐酸碱性能。实验中采用的POM切片熔点为162.03℃,熔融指数为9g/10min。研究发现,POM热分解反应为一级反应,分解活化能E=367.87kJ/mol,在230℃以下时,热分解速率小于0.02％/min; POM熔体为非牛顿流体,当熔体温度由190℃升高到230℃,POM的非牛顿指数由0.53增大到0.61,大分子链段的活动能力增强。在同一剪切速率下,表观粘度随温度的升高而降低；剪切速率在90-2500s-1范围内变化时,POM的粘流活化能分布在11.36-24.90kJ/mol范围内变化。本实验采用双螺杆纺丝机熔融纺POM初生纤维,采用水浴牵伸方法制得POM纤维。由于水浴介质具有传热速度快、热容量大、温度波动小的特点,同时水分子的存在起到增塑的作用,能够减小纤维的内应力,使得分子链间的相对滑移变得容易,大大减少被拉伸纤维的内部缺陷,能够稳定生产,提高纤维的性能。随着水浴温度的升高,POM纤维的结晶度、最大牵伸倍率增大；随着牵伸倍数的增大,POM纤维的取向度、断裂强度、初始模量增大,断裂伸长率减小。实验制得POM纤维的最大断裂强度为7.44cN/dtex,最大杨氏模量为54.04cN/dtex,最小断裂伸长率为15.00%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 聚甲醛概况
• 1.2.1 POM的分子结构
• 1.2.2 POM的结晶结构
• 1.2.3 POM的热分解性能
• 1.3 聚甲醛纤维的研究概况
• 1.3.1 聚甲醛纤维的制备方法
• 1.3.1.1 超倍拉伸法
• 1.3.1.2 溶液法
• 1.3.1.3 静电纺丝法
• 1.3.1.4 熔融纺丝法
• 1.3.2 聚甲醛纤维的性能和应用
• 1.3.2.1 聚甲醛纤维的性能
• 1.3.2.2 聚甲醛纤维的应用
• 1.4 本课题的研究内容及意义
• 第二章 POM切片性能测试分析
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 仪器设备
• 2.1.3 样品测试
• 2.1.3.1 POM切片的干燥
• 2.1.3.2 DSC测试
• 2.1.3.3 TG测试
• 2.1.3.4 熔融指数测试
• 2.1.3.5 流变性能测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 POM的热性能研究
• 2.2.1.1 DSC结果分析
• 2.2.1.2 TG结果分析
• 2.2.2 POM切片的熔融指数
• 2.2.3 POM流变性能分析
• 2.2.3.1 POM的粘性行为
• 2.2.3.2 POM的粘流活化能
• 2.2.3.3 POM的非牛顿指数
• 2.3 本章小结
• 第三章 POM纤维的制备及纤维的结晶性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料
• 3.1.2 仪器设备
• 3.1.3 POM纤维的制备
• 3.1.3.1 熔融纺丝制备POM初生纤维
• 3.1.3.2 水浴牵伸制备POM纤维
• 3.1.4 样品测试
• 3.1.4.1 POM纤维的非等温结晶动力学测试
• 3.1.4.2 POM纤维的DSC测试
• 3.1.4.3 POM纤维的XRD测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 POM纤维的非等温结晶动力学研究
• 3.2.1.1 不同降温速率对POM纤维结晶行为的影响
• 3.2.1.2 Jeziorny法处理POM结晶动力学
• 3.2.1.3 Ozawa法处理POM结晶动力学
• 3.2.1.4 莫志深法处理POM结晶动力学
• 3.2.2 DSC结果分析
• 3.2.2.1 不同纺丝速率聚甲醛初生纤维的DSC结果
• 3.2.2.2 不同牵伸倍数聚甲醛纤维的DSC结果
• 3.2.2.3 不同水浴温度下聚甲醛纤维的DSC结果
• 3.2.3 XRD结果分析
• 3.2.3.1 不同牵伸倍数聚甲醛纤维的XRD结果
• 3.2.3.2 不同水浴温度聚甲醛纤维的XRD结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 POM纤维的取向结构及其力学性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料
• 4.1.2 仪器设备
• 4.1.3 POM纤维的制备
• 4.1.4 样品测试
• 4.1.4.1 取向度测试
• 4.1.4.2 力学性能测试
• 4.1.4.3 耐酸碱性能测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 POM纤维的取向结构
• 4.2.2 牵伸倍数对POM纤维力学性能的影响
• 4.2.3 牵伸温度对POM纤维力学性能的影响
• 4.2.4 热定型对POM纤维力学性能的影响
• 4.2.5 POM纤维的耐酸碱性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文和获奖情况
• 致谢