无机纳米粒子改性三聚氰胺纤维的制备及性能研究

论文摘要

三聚氰胺纤维是一种阻燃性能良好、造价低廉的新型无卤阻燃纤维,在阻燃织物和高温过滤材料方面有着广阔的应用前景,但因其韧性、光学性能较差而未能得到广泛应用。针对以上问题,本文选用热固性的三聚氰胺甲醛(MF)树脂为基材,无机的纳米SiO2、TiO2粒子为改性剂,以原位聚合法制备了纺丝原液,在分析其稳定性的基础上,以干法纺制了两种无机纳米粒子改性的三聚氰胺复合纤维,并通过FTIR、SEM、单纤强力仪、TG等手段分别研究了两种复合纤维的微观结构及宏观性能。结果表明：(1)硼砂与MF树脂和成纤剂聚乙烯醇(PVA)都能发生交联反应并使纺丝原液体系形成互穿网络结构,因此适于作为稳定剂使纺丝原液在45℃下稳定时间超过72h。(2)偶联剂KH570可在纳米SiO2表面接枝并改善SiO2/MF树脂之间的界面性能,当KH570改性后的纳米SiO2在复合纤维中的添加量达到1%时,复合纤维的断裂伸长率(6.18%)和断裂强度(154.9 MPa)都达到最大值,较改性前分别提高了21.8%和13.8%,纳米SiO2改性后使复合纤维的分解活化能提高了23.5%；(3)偶联剂102可在纳米TiO2表面接枝并改善TiO2/MF树脂之间的界面性能,纳米TiO2改性后复合纤维的断裂伸长率和断裂强度较改性前分别提高了20.4%和9.6%,热失重温度提高到363.8℃,显示出良好的耐热性能；初步研究了三聚氰胺纤维的静电纺丝工艺,通过显微镜比较了成纤剂PVA的含量对纤维形貌的影响。发现当PVA含量为7%时,在1.5kV/cm电场强度下可纺制出平均直径1μm且不含有珠串结构的三聚氰胺纤维无纺布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 纤维燃烧过程
• 1.2 纤维阻燃机理
• 1.2.1 覆盖层理论
• 1.2.2 吸热理论
• 1.2.3 不燃性气体理论
• 1.2.4 催化脱水理论
• 1.3 三聚氰胺纤维的制备
• 1.3.1 纺丝原液的制备
• 1.3.2 纺丝工艺
• 1.4 三聚氰胺纤维改性
• 1.4.1 三聚氰胺纤维的应用改性研究
• 1.4.2 三聚氰胺纤维的结构及染色性能研究
• 1.5 三聚氰胺纤维的应用
• 1.6 本课题研究目的和意义
• 1.7 本课题主要任务
• 2 纺丝过程理论
• 2.1 三聚氰胺甲醛树脂纺丝原液的合成
• 2.1.1 加成反应
• 2.1.2 缩合反应
• 2.2 纺丝原液的性能
• 2.2.1 粘度与聚合物结构的关系
• 2.2.2 流变性能与温度关系
• 2.3 纤维的固化
• 2.3.1 闪蒸
• 2.3.2 扩散
• 2.3.3 对流
• 2.4 纤维的拉伸
• 3 三聚氰胺纺丝原液的稳定性研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验药品
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 测试仪器
• 3.1.4 实验过程
• 3.1.5 分析测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同稳定剂及存放方式对稳定性的影响
• 3.2.2 温度对粘度的影响
• 3.3 本章小节
• 2改性三聚氰胺纤维性能研究'>4 纳米SiO₂改性三聚氰胺纤维性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验药品
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 测试仪器
• 4.1.4 实验过程
• 4.1.5 分析测试
• 4.2 结果与讨论
• 2表面改性'>4.2.1 纳米SiO₂表面改性
• 2改性三聚氰胺纤维表征'>4.2.2 纳米SiO₂改性三聚氰胺纤维表征
• 4.2.3 形貌特征
• 4.2.4 纤维的力学性能研究
• 4.2.5 MF纤维热学性能研究
• 4.3 本章小节
• 2改性三聚氰胺纤维性能研究'>5 纳米TiO₂改性三聚氰胺纤维性能研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验药品
• 5.1.2 实验仪器
• 5.1.3 测试仪器
• 5.1.4 实验过程
• 5.1.5 分析测试
• 5.2 结果与讨论
• 2表面改性'>5.2.1 纳米TiO₂表面改性
• 2改性三聚氰胺纤维表征'>5.2.2 纳米TiO₂改性三聚氰胺纤维表征
• 5.2.3 形貌特征
• 5.2.4 纤维的机械性能研究
• 5.2.5 耐热性能
• 5.3 本章小节
• 6 静电纺丝工艺初探
• 6.1 静电纺丝基本原理
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验药品
• 6.2.2 实验仪器
• 6.2.3 测试仪器
• 6.2.4 实验过程
• 6.2.5 纤维表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 浓度对纤维直径及微观形貌的影响
• 6.3.2 固化温度对静电纺丝纤维形貌的影响
• 6.4 本章小节
• 7 结论
• 7.1 本课题主要结论
• 7.2 待研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录