水溶性高分子为载体的聚四氟乙烯纤维的制备

摘要

聚四氟乙烯纤维具有优异的耐高低温、耐化学腐蚀、耐候等优良特性，因而在环保过滤材料、航空航天材料等领域得到广泛应用。常规载体纺丝法制备聚四氟乙烯纤维通常以PVA为载体，凝固浴为饱和硫酸钠溶液，纤维极易粘附大量硫酸钠晶体，多次洗涤会产生大量废水，而且制得纤维粘连的现象严重，烧结后的纤维极易出现并丝现象。
　　在本课题中，以海藻酸钠为载体制备聚四氟乙烯纤维，所用的凝固浴为氯化钙水溶液，在纤维洗涤过程中，采用工业酒精作为洗浴。探索了该纺丝方法较优的工艺参数，并采用红外光谱仪、偏光显微镜、微机控制电子万能试验机、x-ray粉末衍射仪、综合热分析仪、动态接触角测量仪、扫描电镜等来测试并表征纤维。具体研究内容如下：
　　1.直接制备不同干重比的原液、纤维会浪费大量的原料，可行性较低。所以制备并测试了不同干重比的海藻酸钠/PTFE薄膜，找出了最佳干重比、烧结温度以及烧结时间。对海藻酸钠/PTFE、海藻酸钠、PTFE的热失重分析，可以得出海藻酸钠/PTFE较优的烧结温度为340~420℃。考虑到能耗方面的因素，本课题选取的聚四氟乙烯膜的烧结温度为380℃。对PTFE膜以及未烧结共混膜的断裂力—烧结时间曲线进行分析，得出海藻酸钠/ PTFE共混膜的最优烧结时间约为15min。海藻酸钠/聚四氟乙烯最优干重比为1:12。
　　2.在海藻酸钠/PTFE共混膜的SEM照片中，可以看出PTFE分散均匀，但结构较为松散。烧结后的PTFE膜，PTFE颗粒烧结粘连到一起，这使得膜变得致密，膜力学强度提高。
　　3.以海藻酸钠/PTFE干重比为1:12配制纺丝原液，以喷丝板孔径、凝固浴浓度、热牵伸温度和牵伸倍数为因素设计设计并进行正交试验。实验结果表明凝固浴浓度在1％的时候效果最好，可连续纺丝；较优的喷丝板孔径应为100um、80um；较优的牵伸温度为室温；较低的牵伸倍数并不能使纤维拉伸均匀，较优的牵伸倍数为3.0倍。纤维拉伸强度随牵伸温度的升高而降低，随牵伸倍数的增加而增加。
　　4.海藻酸钠/PTFE干重比为1:12时，海藻酸钠质量分数约为7.69%，共混纤维平均失重率为7.67%，海藻酸钠几乎完全被烧除。
　　5.扫描电镜中可以看出，海藻酸钠/PTFE共混纤维和PTFE纤维表面均表现为沟壑纵横。烧结后并牵伸过的PTFE纤维中，PTFE颗粒的取向度较高，排列更加致密紧凑。
　　6. PTFE纤维直径可达18.90um，可以通过调整纺丝工艺来制备不同直径的聚四氟乙烯纤维；纤维的拉伸强度最高可达153.90MPa。在PTFE纤维的拉伸曲线—应力应变曲线中，有虎克区、屈服区、强化区三个变化区间，屈服点、断裂点两个节点。
　　7.所测纤维结晶度在70%~75%之间；随着纤维牵伸温度的升高，PTFE大分子链排列规整性增加，纤维结晶度也随之提高。

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第一章 绪 论

1.1 聚四氟乙烯

1.2 聚四氟乙烯纤维制造工艺

1.3 水溶性高分子

1.4 聚四氟乙烯纤维的应用

1.5本文创新点和研究内容

第二章 海藻酸钠/PTFE干重比及烧结温度、烧结时间的选取

2.1 主要原材料

2.2 实验仪器及设备

2.3 PTFE膜的制备

2.4 PTFE膜的测试

2.5 PTFE膜的测试结果及分析

2.6 本章小结

第三章 PTFE纤维的制备及表征

3.1 主要原材料

3.2 实验仪器及设备

3.3 PTFE纤维的制备流程

3.4 海藻酸钠/PTFE干重比为1:12的纺丝实验设计

3.5 海藻酸钠/PTFE干重比为1:12的纺丝实验

3.6 海藻酸钠/PTFE干重比为1:12的纺丝实验结果及讨论

3.7 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

附录