聚乳酸纤维及其共混纤维的纺制及结构与性能研究

论文摘要

本文采用熔融纺丝法将进口聚乳酸(PLA)切片纺制成纤维,并对切片的基本性能以及纺丝和后加工的工艺条件进行了探索,另外将PLA与PBS(聚丁二酸丁二醇酯)及PP(聚丙烯)共混,对共混纤维的成形条件和结构与性能进行摸索。通过应用扫描电镜法(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、小角X射线衍射(SAXS)和动态力学分析(DMA)等分析手段研究发现,纯纺聚乳酸纤维在230℃时可纺性最好,纺速为1000m/min、后牵伸3.5倍所制纤维,断裂强度达4.1cN/dtex,断裂伸长率为21%,结晶度为45%左右。PLA/PBS共混物在220℃时所纺丝条质量较佳,而PLA/PP共混物则在235℃时具有良好的可纺性。随着添加物(PBS或PP)含量的增多,体系相容性逐渐变差,致使共混纤维的断裂强度降低,上染率提高,玻璃化温度减小,热稳定性下降,但PLA/PBS共混纤维的结晶度增大,而PLA/PP共混纤维的结晶度随之减小。另外,本文还重点研究了纯纺PLA纤维、PLA/PBS共混纤维和PLA/PP共混纤维在不同介质中的降解情况。结果表明,三种纤维均不耐酸碱,尤其在碱性环境中降解严重,而且随着环境温度的升高,降解越易发生。PLA中添加PBS后,PLA/PBS纤维比纯纺PLA更易发生降解,但是混入PP后,同样条件下,PLA/PP纤维的降解程度不如纯纺PLA纤维。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 聚乳酸的结构及其基本性质
• 1.2 聚乳酸纤维的结构性能及其生产工艺
• 1.2.1 聚乳酸纤维的结构性能
• 1.2.2 聚乳酸纤维的生产工艺
• 1.2.2.1 溶液纺丝
• 1.2.2.2 熔融纺丝
• 1.2.2.3 静电纺丝
• 1.2.2.4 超临界流体法
• 1.2.2.5 凝胶冻干法
• 1.3 聚乳酸纤维的国内外研究进展
• 1.4 聚乳酸纤维的应用前景
• 1.4.1 服用产品方面
• 1.4.2 装饰用产品方面
• 1.4.3 产业用产品方面
• 1.4.4 生物医用产品方面
• 1.4.5 树脂增强材料方面
• 1.5 聚乳酸纤维的改性途径
• 1.5.1 聚乳酸的共聚纤维
• 1.5.2 聚乳酸的共混纤维
• 1.5.3 聚乳酸的复合纤维
• 1.6 聚乳酸纤维的降解性能
• 1.7 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚丙烯（PP）简介
• 1.7.1 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）简介
• 1.7.2 聚丙烯（PP）简介
• 1.8 本课题的研究内容及意义
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器及型号
• 2.2 实验步骤及工艺
• 2.2.1 聚乳酸（PLA）切片的干燥
• 2.2.2 聚乳酸（PLA）纤维的纯纺
• 2.2.3 聚乳酸（PLA）与聚丁二酸丁二醇酯（PBS）共混纺制纤维
• 2.2.4 聚乳酸（PLA）与聚丙烯（PP）共混纺制纤维
• 2.3 分析测试
• 2.3.1 聚乳酸切片粘均分子量的测定
• 2.3.2 聚乳酸切片结晶以及晶核生长情况的测定
• 2.3.3 聚乳酸纤维及其共混纤维拉伸性能的测定
• 2.3.4 聚乳酸纤维粘均分子量的测定
• 2.3.5 聚乳酸纤维及其共混纤维取向度的测定
• 2.3.6 聚乳酸纤维及其共混纤维回潮率的测定
• 2.3.7 聚乳酸纤维及其共混纤维染色性能的测定
• 2.3.8 聚乳酸纤维流变性能的测定
• 2.3.9 聚乳酸纤维软化点的测定
• 2.3.10 聚乳酸纤维密度的测定
• 2.3.11 聚乳酸纤维及其共混纤维抗静电性的测定
• 2.3.12 仪器分析
• 2.3.13 聚乳酸纤维及其共混纤维的降解性实验
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 聚乳酸纤维的纯纺
• 3.1.1 聚乳酸切片干燥过程的影响因素
• 3.1.1.1 干燥温度对相对分子量降解的影响
• 3.1.1.2 时间对相对分子量降解的影响
• 3.1.2 聚乳酸切片结晶以及晶核生长情况的测定
• 3.1.3 聚乳酸切片的流变性能
• 3.1.3.1 PLA 的流动曲线
• 3.1.3.2 PLA 熔体的非牛顿指数n
• 3.1.3.3 PLA 熔体的粘流活化能ΔEη
• 3.1.3.4 PLA 熔体的结构化指数Δη
• 3.1.4 聚乳酸纯纺纺丝工艺条件
• 3.1.5 聚乳酸纺丝过程的影响因素
• 3.1.5.1 纺丝温度对聚乳酸纤维相对分子质量的影响
• 3.1.5.2 纺丝速度对聚乳酸纤维性能的影响
• 3.1.5.3 牵伸倍数对聚乳酸纤维性能的影响
• 3.1.6 聚乳酸纤维的降解性能研究
• 3.1.6.1 降解介质对聚乳酸相对分子质量的影响
• 3.1.6.2 降解温度对聚乳酸相对分子质量的影响
• 3.1.7 聚乳酸纤维染色性能的研究
• 3.1.7.1 纺丝速度对上染率的影响
• 3.1.7.2 牵伸倍数对上染率的影响
• 3.1.8 聚乳酸纤维抗静电性能的研究
• 3.1.8.1 吸湿性的影响
• 3.1.8.2 比电阻的影响
• 3.1.9 小结
• 3.2 聚丁二酸丁二醇酯/聚乳酸（PLA/PBS）共混纤维性能研究
• 3.2.1 PLA/PBS 共混纤维的纺丝工艺条件
• 3.2.2 共混比对PLA/PBS 纤维机械性能的影响
• 3.2.3 共混比对PLA/PBS 纤维物理结构的影响
• 3.2.4 共混比对PLA/PBS 纤维染色性能的影响
• 3.2.5 共混比对PLA/PBS 纤维抗静电性能的影响
• 3.2.6 PLA/PBS 纤维降解性能的影响因素
• 3.2.6.1 共混比对PLA/PBS 纤维降解性的影响
• 3.2.6.2 降解温度对PLA/PBS 纤维降解性的影响
• 3.2.6.3 降解介质对PLA/PBS 纤维降解性的影响
• 3.2.6.4 共混比对PLA/PBS 纤维热降解的影响
• 3.2.7 PLA/PBS 纤维相容性的研究
• 3.2.8 小结
• 3.3 聚乳酸/聚丙烯（PLA/PP）共混纤维性能探索
• 3.3.1 PLA/PP 共混纤维纺丝工艺条件
• 3.3.2 共混比对PLA/PP 纤维机械性能的影响
• 3.3.3 共混比对PLA/PP 纤维物理结构的影响
• 3.3.4 共混比对PLA/PP 纤维染色性能的影响
• 3.3.5 PLA/PP 纤维降解性能的影响因素
• 3.3.5.1 共混比对PLA/PP 纤维降解性的影响
• 3.3.5.2 降解温度对PLA/PP 纤维降解性的影响
• 3.3.5.3 降解介质对PLA/PP 纤维降解性的影响
• 3.3.5.4 共混比对PLA/PP 纤维热降解的影响
• 3.3.6 PLA/PP 共混纤维相容性的研究
• 3.3.7 小结
• 结论
• 今后需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢