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聚甲醛纤维的制备与表征

作　者: 文珍稀
导　师: 王依民
学　校: 东华大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: POM纤维熔融纺丝水浴牵伸结晶取向力学性能
分类号: TQ340.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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%。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章前言  11-24
  1.1 引言  11
  1.2 聚甲醛概况  11-16
    1.2.1 POM的分子结构  12-13
    1.2.2 POM的结晶结构  13-15
    1.2.3 POM的热分解性能  15-16
  1.3 聚甲醛纤维的研究概况  16-22
    1.3.1 聚甲醛纤维的制备方法  16-19
      1.3.1.1 超倍拉伸法  17-18
      1.3.1.2 溶液法  18
      1.3.1.3 静电纺丝法  18-19
      1.3.1.4 熔融纺丝法  19
    1.3.2 聚甲醛纤维的性能和应用  19-22
      1.3.2.1 聚甲醛纤维的性能  19-20
      1.3.2.2 聚甲醛纤维的应用  20-22
  1.4 本课题的研究内容及意义  22-24
第二章 POM切片性能测试分析  24-37
  2.1 实验部分  24-25
    2.1.1 原料  24
    2.1.2 仪器设备  24
    2.1.3 样品测试  24-25
      2.1.3.1 POM切片的干燥  24
      2.1.3.2 DSC测试  24
      2.1.3.3 TG测试  24
      2.1.3.4 熔融指数测试  24-25
      2.1.3.5 流变性能测试  25
  2.2 结果与讨论  25-35
    2.2.1 POM的热性能研究  25-31
      2.2.1.1 DSC结果分析  25
      2.2.1.2 TG结果分析  25-31
    2.2.2 POM切片的熔融指数  31
    2.2.3 POM流变性能分析  31-35
      2.2.3.1 POM的粘性行为  31-33
      2.2.3.2 POM的粘流活化能  33-34
      2.2.3.3 POM的非牛顿指数  34-35
  2.3 本章小结  35-37
第三章 POM纤维的制备及纤维的结晶性能研究  37-53
  3.1 实验部分  37-40
    3.1.1 原料  37
    3.1.2 仪器设备  37-38
    3.1.3 POM纤维的制备  38-39
      3.1.3.1 熔融纺丝制备POM初生纤维  38
      3.1.3.2 水浴牵伸制备POM纤维  38-39
    3.1.4 样品测试  39-40
      3.1.4.1 POM纤维的非等温结晶动力学测试  39
      3.1.4.2 POM纤维的DSC测试  39
      3.1.4.3 POM纤维的XRD测试  39-40
  3.2 结果与讨论  40-52
    3.2.1 POM纤维的非等温结晶动力学研究  40-47
      3.2.1.1 不同降温速率对POM纤维结晶行为的影响  42-44
      3.2.1.2 Jeziorny法处理POM结晶动力学  44-45
      3.2.1.3 Ozawa法处理POM结晶动力学  45-46
      3.2.1.4 莫志深法处理POM结晶动力学  46-47
    3.2.2 DSC结果分析  47-50
      3.2.2.1 不同纺丝速率聚甲醛初生纤维的DSC结果  47-48
      3.2.2.2 不同牵伸倍数聚甲醛纤维的DSC结果  48-49
      3.2.2.3 不同水浴温度下聚甲醛纤维的DSC结果  49-50
    3.2.3 XRD结果分析  50-52
      3.2.3.1 不同牵伸倍数聚甲醛纤维的XRD结果  50-51
      3.2.3.2 不同水浴温度聚甲醛纤维的XRD结果  51-52
  3.3 本章小结  52-53
第四章 POM纤维的取向结构及其力学性能研究  53-61
  4.1 实验部分  53-54
    4.1.1 原料  53
    4.1.2 仪器设备  53
    4.1.3 POM纤维的制备  53
    4.1.4 样品测试  53-54
      4.1.4.1 取向度测试  53
      4.1.4.2 力学性能测试  53-54
      4.1.4.3 耐酸碱性能测试  54
  4.2 结果与讨论  54-59
    4.2.1 POM纤维的取向结构  54-55
    4.2.2 牵伸倍数对POM纤维力学性能的影响  55-56
    4.2.3 牵伸温度对POM纤维力学性能的影响  56-57
    4.2.4 热定型对POM纤维力学性能的影响  57-58
    4.2.5 POM纤维的耐酸碱性能  58-59
  4.3 本章小结  59-61
第五章全文总结  61-62
参考文献  62-66
攻读硕士学位期间发表论文和获奖情况  66-67
致谢  67

聚甲醛纤维的制备与表征

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