共混PPTA树脂溶液性质及纺丝工艺研究

摘要

1972年，美国杜邦公司率先开发出对位芳纶。国内相关单位，于20世纪60年代开展对位芳纶的研究，目前已掌握对位芳纶生产的设备和工艺，实现其产业化。本论文依托河北硅谷化工有限公司“年产千吨对位芳纶纤维及其制品产业化”项目，对对位芳纶制备过程中的一些问题进行研究，为制备性能更优异的对位芳纶纤维提供一点参考。
　　本文采用在普通分子量的PPTA树脂中添加一定比例的超高分子量PPTA树脂，采用干湿法纺丝工艺制备对位芳纶。对共混PPTA树脂的溶液性质，流变性质，成型纤维的力学性能，结晶性能等方面进行了探索研究。获得了共混PPTA树脂纺丝溶液的溶解工艺，流变性能，纺丝中出现的问题及成型纤维性能的初步研究结果。在实验中，我们主要从以下几个方面开展研究工作：
　　采用低温固相硫酸与PPTA树脂混合，再升温溶解的方法，制备PPTA树脂溶液。探究了实验中，溶解温度，固含量，添加超高分子量PPTA树脂的比例，溶液液晶现象，双螺杆挤出机的剪切作用对溶解过程中树脂的影响。获得了制备纺丝溶液的溶解工艺条件：
　　溶解温度对树脂降解的影响很大，溶解温度升高，降解率增大；在溶解工艺上我们应当采取相对合适的溶解温度（85-95℃），同时也要注意溶解时间（0.5-1h）。溶液浓度过低，不能形成液晶相；过高，溶解困难，故PPTA树脂溶液合适的纺丝浓度为18.5wt％。随着添加超高分子量PPTA树脂比例的提高，溶液中PPTA聚合体的降解程度会有所降低；但是加入超高分子量的比例越多，在溶解过程中需要的条件越苛刻，如溶解时间增加，溶解不均匀等问题，所以比例设为5%。双螺杆挤出机的机械剪切作用对PPTA树脂有一定的负作用，即随着双螺杆挤出机转速提高，溶液中PPTA聚合体的降解率增大。
　　通过TA旋转流变仪对制备的纺丝溶液的流变性质进行了测试，结果表明：PPTA树脂纺丝溶液为假塑性流体，即随着温度的升高，溶液粘度降低。随着溶液中PPTA树脂固含量的增加，流动曲线上移，溶液粘度增加；而随着角频率的增大，复数粘度下降。在较低的角频率下，添加超高分子量PPTA树脂的纺丝溶液粘度稍高于未添加的纺丝溶液，但比例应控制在适宜的范围内。随着角频率的增加，G′和G〞都相应的增加，并且G′和G〞都随着温度的降低而升高。纺丝过程中，为了解决漫流现象，对喷丝帽进行激光抛光；同时在纺丝时，在喷丝帽处涂覆硅油；纺丝时，选择喷丝孔长径比（L/D）≥1:1.5的喷丝帽。
　　实验中，利用双螺杆挤出机进行多次纺丝调试实验，探索合适的纺丝工艺参数，采用干湿法纺丝工艺制备PPTA纤维，研究和分析所制备的PPTA纤维的性能，结构和形貌及纤维的热稳定性。结果表明：在纺丝条件相同的情况下，纺丝溶液中添加超高分子量PPTA树脂比例越高，则成型纤维的性能越好。随着添加超高分子量PPTA树脂比例的增大，纤维力学性能呈上升趋势；但是继续增大，纤维性能提高的幅度不大。随着喷丝孔长径比（L/D）的增大，PPTA纤维的结晶度也相应地提高，但提高的幅度不是特别大。扫描电镜下可以观察到本实验室条件下纺制的PPTA纤维的表面不够光滑。无论是纯树脂得到的纤维还是共混树脂得到的纤维，其热稳定性都非常好；而且添加超高分子量树脂，对成型纤维的热稳定性并未有明显的影响。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 对位芳纶简介

1.3 PPTA-H2SO4溶液性质研究进展

1.4 对位芳纶纺丝工艺研究进展

1.5 课题研究目的

1.6 主要研究内容

第二章 共混PPTA树脂溶解工艺的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 分析测试方法

2.4 结果与讨论

2.5 螺杆挤出机的转速对PPTA树脂溶液降解的影响

2.6 本章小结

第三章 共混PPTA树脂纺丝溶液的流变性质

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 干湿纺中的漫流现象及解决方法

3.5 本章小结

第四章 共混PPTA树脂纺丝及纤维性能测试

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 测试及分析

4.4 结果及分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢