高速共混包粘LiCl改性PA6及其纖維的制備與性能研究.pdf

1、高性能化是高分子材料科學(xué)發(fā)展的一個重要方向，在纖維領(lǐng)域，高性能纖維一直是人們熱衷的研究課題。尼龍是典型的結(jié)晶性高聚物，其很多性能均較聚酯纖維性能佳，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，因此很多研究者對尼龍6的改性進(jìn)行了深入的探索。其中一個重要的方法是希望通過提高纖維的拉伸倍數(shù)從而改善纖維的力學(xué)性能。但是很多研究者大都得到纖維的拉伸倍數(shù)不高，因而不能得到力學(xué)性能優(yōu)良的尼龍6纖維。這主要是因為尼龍分子鏈間相鄰的酰胺基團(tuán)定向形成氫鍵，分子間作用力大，分子鏈排列規(guī)整

2、，導(dǎo)致其很容易形成結(jié)晶，不利于高倍拉伸。
　　有文獻(xiàn)稱通過Li+與酰胺基團(tuán)相互作用，打開大分子間的氫鍵，從而有利于纖維的高倍拉伸，提高纖維的力學(xué)性能。用LiCl改性尼龍6的方法已有相關(guān)報道，如采用雙螺桿擠出機(jī)制備LiCl添加劑母粒，再將該母粒與尼龍6切片混合進(jìn)行熔融紡絲的方法制備出了性能較好的尼龍6纖維。但是這種制備方法工藝復(fù)雜，要消耗大量的能量，且LiCl為強(qiáng)吸水劑，暴露在空氣中極易吸水，利用螺桿共混擠出的方法沒有考慮氯化鋰等微

3、粒添加過程中吸水的問題，共混后需經(jīng)長時間高溫真空干燥除去混合料中的水分，且干燥后的切片不易久放。若通過加入LiCl來改善纖維性能，必須解決這個嚴(yán)重的問題。為了提高PA6纖維的牽伸倍數(shù)，從而提高纖維的力學(xué)性能，本課題以LiCl作為氫鍵抑制劑，用高速共混的方法將不同配比的LiCl均勻分布、包粘在尼龍6切片表層內(nèi)，以防止LiCl吸水。然后進(jìn)行干燥和熔融紡絲并進(jìn)行熱牽伸，之后再用熱水洗去纖維中的LiCl及尼龍單體，制備出力學(xué)性能優(yōu)良的PA6纖維

4、。研究了不同配比LiCl對PA6切片的熱性能、流變性能及結(jié)晶度的影響;探索了熔融紡絲及熱牽伸工藝對LiCl改性PA6纖維的結(jié)晶性能、取向結(jié)構(gòu)、熱性能及力學(xué)性能的影響，并對PA6纖維沸水處理后力學(xué)性能及晶型轉(zhuǎn)變情況進(jìn)行了探討。
　　DSC和熔融指數(shù)測試表明，高速共混包粘LiCl改性PA6切片的熔點、結(jié)晶度和結(jié)晶溫度均隨LiCl含量的增加而逐漸降低，熔體的粘度增加。FTIR測試結(jié)果表明，出現(xiàn)上述實驗結(jié)果的原因，可能是鋰離子與尼龍6的分

5、子鏈形成了六元環(huán)結(jié)構(gòu)，破壞了尼龍6分子鏈間的氫鍵及原有的規(guī)整排列。用毛細(xì)管流變儀研究了不同配比LiCl/PA6的表觀黏度隨剪切速率變化情況，均表現(xiàn)出“剪切變稀”的現(xiàn)象。非牛頓指數(shù)在0.811～0.846之間，隨LiCl含量的增加，熔體的非牛頓指數(shù)降低。
　　非等溫結(jié)晶動力學(xué)研究表明，纖維的起始結(jié)晶溫度和結(jié)晶峰溫度隨著降溫速率的增加而降低，存在二次結(jié)晶過程。并且加入0.5％LiCl后的PA6的起始結(jié)晶溫度、結(jié)晶峰溫度及結(jié)晶度均比純P

6、A6的低。Ozawa理論并不適用于處理PA6的非等溫結(jié)晶過程。莫志深理論能夠很好的描述PA6的非等溫結(jié)晶過程，F(xiàn)(T)隨相對結(jié)晶度的增加而增大。
　　DSC、TGA、SEM、聲速及力學(xué)性能測試結(jié)果表明，當(dāng)LiCl含量為0.5％時，初生纖維的分子鏈沿纖維軸向取向度最大，纖維表面光滑，可牽伸倍數(shù)高，耐熱性和力學(xué)性能最好。通過紡絲試驗確定紡絲速度為800m/min，熱牽伸的熱盤溫度為60℃，熱板溫度為120℃時，牽伸倍數(shù)高達(dá)4.8倍。此

7、時纖維直徑為14.65μm，結(jié)晶度為37.22％，斷裂強(qiáng)度為5.3cN/dtex，斷裂伸長率為5.8％，較未加樣品斷裂強(qiáng)度提高了112％，斷裂伸長率降低了74.6％，綜合力學(xué)性能最好。
　　通過DSC、FTIR及力學(xué)測試可知，隨著水洗時間的延長，游離的LiCl被熱水遷移出，拉伸過程中部分尚未被破壞的絡(luò)合作用也逐漸被拆除，大分子鏈間又重新形成氫鍵，纖維的熔融溫度、熔融焓逐漸升高，結(jié)晶度增加;斷裂強(qiáng)度提高，斷裂伸長率降低。牽伸至4.8