杂化聚苯硫醚(PPS)改性纤维的研究

摘要

随着雾霾天气的增多，我国环保机构加大对大气污染的治理力度，袋式除尘器需求强劲。PPS纤维凭借优异的耐高温、耐化学腐蚀性、自身阻燃性能成为高温气相和液相过滤领域的重要滤料之一。制作的滤袋是高温、高腐蚀PM2.5过滤装置的核心部件，受到各国的特别关注。随着PPS纤维应用领域和需求量的不断增大，PPS纤维脆性大、高温下易氧化的缺陷，受到越来越多高校和科研单位的关注。针对上述问题，本课题选用表面固载高温抗氧剂的纳米SiO2对PPS纤维进行共混改性，旨在获得抗氧化性等综合性能较高的PPS改性纤维。
　　本课题主要研究内容包括以下几个方面:
　　纳米SiO2表面固载抗氧剂的研究:首先采用硅烷偶联剂KH560在超声波的作用下，对纳米SiO2进行烷基化处理;然后引入一种耐高温抗氧剂KYN-818，在超声化学的作用下反应，通过正交试验筛选出最佳的改性工艺，制得表面固载抗氧剂的改性纳米SiO2。实验通过对表面羟基数和亲油化度的测试，讨论了超声温度、超声时间和超声功率对固载效果的影响。并利用傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)等测试方法对改性纳米SiO2的结构和分散性进行了研究。研究表明，最佳超声化学工艺为温度60℃，时间40min，功率80W。在最佳改性工艺下制备改性纳米SiO2的表面羟基数和亲油化度分别为0.826和37.5％。纳米SiO2表面有抗氧剂KYN-818的存在，且以化学键合的形式固载在其表面。且其表面羟基数减少，粒子间的相互作用力减弱，团聚现象得到改善。另外初步探讨了改性纳米SiO2的烷基化及其表面固载抗氧剂的改性机理。
　　杂化PPS改性母粒的研究:将抗氧剂、纳米SiO2以及改性纳米SiO2分别添加到PPS基体中，经双螺杆挤出机挤出、冷却、切粒，制得杂化PPS改性母粒。采用差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、SEM和FT-IR等仪器研究了不同添加材料和添加量对杂化PPS改性母粒结构与性能的影响。结果表明，抗氧剂与PPS之间没有形成新的官能团，单独添加抗氧剂对改善PPS的性能不如添加纳米SiO2，其中改性纳米SiO2对PPS热性能有较大提高，结晶度较纯PPS最高增加54.7％，纳米SiO2在PPS结晶过程中起到异相成核的作用;且与PPS基体有较好的分散性和相容性，没有出现明显的团聚现象，达到单分散的效果;通过XRD物相分析，纳米SiO2中的Si原子与PPS大分子上的S原子发生杂化反应;同时纳米SiO2和抗氧剂的复配加入，晶粒尺寸变小，起到细化晶粒的作用，使PPS晶体紧密堆砌，结晶完善程度提高。
　　杂化PPS改性纤维的研究:实验通过纺-牵两步法制备出杂化PPS改性纤维。采用DSC、声速仪、电子单纱强力仪、耐高温氧化测试等仪器和方法讨论了不同添加材料和添加量对杂化PPS改性纤维结构与性能的影响，并初探了杂化PPS改性纤维的抗热氧化机理。研究表明，纳米SiO2和抗氧剂的复配，改善了杂化PPS改性纤维的聚集态结构，最大断裂强度为3.18cN/dtex，动态OIT较单独添加纳米SiO2的PPS改性纤维提高9.87℃，达到469.87℃;且在230℃热处理96h后，纤维的强度保持率最高能达90％，说明纳米SiO2和抗氧剂能协同改善PPS纤维的抗热氧化性和耐热稳定性。同时初步探讨了改性纳米SiO2在杂化PPS纤维热氧化过程中的抗氧化机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 聚苯硫醚(PPS)纤维简介

1．1．1 概述

1．1．2 PPS纤维的应用

1．1．3 PPS纤维的缺陷

1．2 PPS纤维的氧化机理

1．3 国内外抗热氧化PPS研究进展

1．3．1 抗氧剂简介

1．3．2 纳米SiO2简介

1．3．3 抗热氧化PPS改性的研究进展

1．4 本课题研究内容及意义

1．5 创新点

参考文献

第二章 纳米SiO2表面固载抗氧剂的制备与性能研究

2．1 引言

2．2 实验

2．2．1 原料

2．2．2 设备与仪器

2．2．3 制备方法

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 抗氧剂的选择

2．3．2 改性工艺对固载效果的影响

2．3．3 FT-IR分析

2．3．4 SEM分析

2．4 本章小结

参考文献

第三章 杂化PPS改性母粒的制备与性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料

3．2．2 设备与仪器

3．2．3 制备方法

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同添加材料及其含量对改性母粒热性能的影响

3．3．2 动态OIT分析

3．3．3 FT-IR分析

3．3．4 断口形貌分析

3．3．5 X射线衍射(XRD)分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 杂化PPS改性纤维的制备与性能研究

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 原料

4．2．2 设备与仪器

4．2．3 制备方法

4．2．3 制备方法

4．2．4 测试与表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 可纺性分析

4．3．2 热性能分析

4．3．3 取向度分析

4．3．4 力学性能分析

4．3．5 抗热氧化性能分析

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

攻读硕士期间发表的研究成果

致谢