耐高温纤维的热学性能研究

论文摘要

耐高温纤维被广泛的应用于生产各种军用、民用防护服，也广泛的应用在灭火、炼钢等需要高温操作的环境中，另外，应用耐高温纤维制成的高温过滤制品，可以阻止大型热电锅炉、钢厂的废气尘埃进入空气，危害人体健康，并且全球耐高温纤维及相关制品、织物的需求也在日益增长，所以及时研发生产耐高温产品，具有十分现实的意义。耐高温纤维的热学性能直接影响它的使用性能和加工性能，分析耐高温纤维在其加工和使用温度范围之内的力学性能及其耐热性，以确定加工的可行性和使用的温度范围。本论文通过对聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、芳砜纶和芳纶1414五种不同耐高温纤维的热学性能进行了研究，研究了它们的基本性能，分析它们热学性能之间的差异，探索其在不同的温度条件下的热学性能变化规律，确定不同耐高温纤维的使用场合，为耐高温材料的研究与使用提供参考。本文主要采取中段切断法研究了五种耐高温纤维的细度、用ZMD系列自动电子密度仪测定了不同耐高温纤维的密度、用烘箱法测定了纤维的回潮率、用电子显微镜观察了纤维的外观形貌、用红外光谱分析了耐高温纤维的结构、用YG001N型电子纤维强力仪研究了不同耐高温纤维经热和酸碱处理后力学性能的变化、用DSC研究了耐高温纤维的热性能、用DMA研究了耐高温纤维的热动态机械性能,结果表明：（1）在酸性的使用环境中，聚四氟乙烯和聚苯硫醚纤维较其它三种纤维有优异的耐酸性，所以在酸性的高温环境中，应优先选择使用这两种纤维；（2）聚酰亚胺纤维在碱溶液中，会发生一定的溶解，所以在碱性环境中，不应该选择聚酰亚胺纤维，同样，聚四氟乙烯和聚苯硫醚纤维较其它三种纤维有优异的耐碱性，在碱性环境中应该优先选择；（3）在采用DSC法研究纤维的比热时，比热会受升温速率和试样量的影响，在采用DSC法测定纤维的比热时，要选择合适的升温速率和试样量；（4）用DSC法对纤维的热稳定性进行了分析,在这五种耐高温纤维中，聚酰亚胺纤维具有较高的热稳定性，这是因为在聚酰亚胺分子中，含有杂环结构，聚四氟乙烯也具有较高的稳定性，因为用氟原子代替聚烯烃链上H原子也大大增加了热稳定性；（5）采用DMA法研究了耐高温纤维储能模量、损耗模量、玻璃化温度和损耗因子，得到芳纶1414纤维具有较高的模量，频率对耐高温纤维的储能模量影响不大，当施加在纤维上载荷的频率增大时，玻璃化温度和损耗因子向高温方向移动，说明材料内部会发生交联，分子链的柔性降低，使其玻璃化转变需要更大的热能以克服分子内链段运动所需的位垒，并且损耗因子随着载荷频率的增大，呈现减小的趋势，并且在这五种不同的耐高温纤维中，芳砜纶纤维具有优异的阻尼性能。本论文是结合耐高温纤维的具体使用环境进行的研究工作，理论上的研究与实际应用接近，对实际生产和使用耐高温纤维具有重要的理论性指导作用。为耐高温纤维材料的研究与使用提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 耐高温纤维的研究意义与发展
• 1.2 耐高温纤维的定义与主要品种
• 1.2.1 耐高温纤维的定义
• 1.2.2 耐高温纤维的主要品种
• 1.3 常用的耐高温纤维的研究进展与应用
• 1.3.1 聚苯硫醚纤维
• 1.3.2 聚酰亚胺纤维
• 1.3.3 芳砜纶纤维
• 1.3.4 聚四氟乙烯纤维
• 1.3.5 芳纶 1414 纤维
• 1.4 本课题的提出及意义
• 1.5 本课题的研究目的和研究内容
• 2 实验样品及基本性能
• 2.1 细度测试
• 2.1.1 测试方法
• 2.1.2 计算公式
• 2.1.3 结果与分析
• 2.2 密度测试
• 2.2.1 测试方法
• 2.2.2 计算公式
• 2.2.3 结果与分析
• 2.3 回潮率测试
• 2.3.1 测试方法
• 2.3.2 计算公式
• 2.3.3 结果与分析
• 2.4 形态观察
• 2.4.1 测试仪器及方法
• 2.4.2 结果与分析
• 2.5 红外光谱分析
• 2.5.1 测试方法及仪器
• 2.5.2 测试参数
• 2.5.3 结果与分析
• 2.6 本章小结
• 3 热和酸碱条件对纤维力学性能的影响
• 3.1 试验仪器及参数设计
• 3.2 计算公式
• 3.3 常温下的力学性能研究
• 3.3.1 试样准备
• 3.3.2 结果与分析
• 3.4 热处理对纤维力学性能的影响
• 3.4.1 试样准备
• 3.4.2 结果与分析
• 3.5 硫酸浓度和时间对纤维强伸性能的影响
• 3.5.1 试样准备
• 3.5.2 结果与分析
• 3.6 碱浓度和时间对纤维强伸性能的影响
• 3.6.1 试样准备
• 3.6.2 结果与分析
• 3.7 本章小结
• 4 耐高温纤维的热性能研究
• 4.1 比热的研究
• 4.1.1 比热的测试原理
• 4.1.2 试样准备及参数设计
• 4.1.3 结果分析
• 4.2 TG 分析
• 4.2.1 试样准备及参数设计
• 4.2.2 结果与分析
• 4.3 DSC 分析
• 4.3.1 试样准备及参数设计
• 4.3.2 结果与分析
• 4.4 本章小结
• 5 耐高温纤维的热动态机械性能
• 5.1 纤维的热力学状态与转变
• 5.1.1 非晶态高聚物的热力学状态与转变
• 5.1.2 晶态高聚物的热力学状态及转变
• 5.1.3 动态热力学性质
• 5.2 热动态力学性能测试原理
• 5.3 试样的准备和参数设计
• 5.4 结果与分析
• 5.4.1 频率和温度对纤维储能模量的影响
• 5.4.2 频率对玻璃化温度和损耗因子的影响
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 本论文取得的主要结论
• 6.2 本论文的不足和展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的文章
• 致谢