聚丙烯(PP)基多相體系及纖維成形過程形態(tài)結(jié)構(gòu)控制.pdf

1、本研究以聚丙烯（PP）為基體，采用（原位）懸浮聚合制備出與PP具有良好復配性能的聚苯乙烯（PS）及聚苯乙烯/納米氧化鈰（CeO2）雜化材料（Hy-PS）。系統(tǒng)研究了PP/PS，PP/Hy-PS共混體系特性、纖維成形過程中分散相形態(tài)的演變機理及其在加工外場（溫度場、應力場、速度場等）作用下有機分散相（PS）形態(tài)的變化與無機納米顆粒（CeO2）分散性之間的相互影響，實現(xiàn)了對該共混體系成纖過程分散相形態(tài)的可控。成功制備含有原位納米尺度梯度微纖

2、PS相結(jié)構(gòu)及良好納米顆粒分散性PP復合纖維，從而有效地提高了PP纖維可染性及物理機械性能。通過研究得到如下結(jié)論：
　　 研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)表面活性劑--硬脂酸（SA）修飾后，表面活性劑與CeO2納米顆粒之間同時存在化學吸附和物理吸附，有效改善CeO2納米顆粒表面特性及其在聚合單體苯乙烯（St）中的穩(wěn)定性與分散性。CeO2納米顆粒的表面修飾效果受表面活性劑種類及用量的控制存在最優(yōu)的配比，實驗結(jié)果表明Ce02納米顆粒與SA物質(zhì)的量比為4:1

3、時效果最佳。
　　 （原位）懸浮聚合制備PS及Hy-PS研究表明，引發(fā)劑用量顯著影響著PS分子量及分子量分布。分散劑種類（聚乙烯醇（PVA）和聚甲基丙稀酸鈉（PMA）及用量的復配可有效控制PS、Hy-PS顆粒粒徑、粒徑分布及Hy-PS納米雜化顆粒中CeO2納米顆粒的含量。隨著CeO2納米顆粒投料量的增加，Hy-PS顆粒中CeO2納米顆粒的含量升高但相對包覆率減小，反應單體的轉(zhuǎn)化率略有降低，并影響著材料分子量及熱穩(wěn)定性。CeO2納

4、米顆粒表面修飾與原位本體預聚-懸浮聚合方法對Hy-PS的特性也有著一定作用。通過控制上述反應條件，成功制備CeO2納米顆粒含量為10wt％且納米顆粒分散性良好的Hy-PS顆粒。
　　 PP、PS、Hy-PS及其共混體系性能對比研究表明，PP/PS，PP/Hy-PS體系粘度比受溫度及應力控制。在同一溫度下Hy-PS的粘度較PS小，且兩者的差距隨著溫度的升高和剪切速率的增加而不斷降低。采用Cohen-Carrier短纖維回縮模型研究

5、表明PP/Hy-PS的表觀界面張力(γ)遠比PP/PS小。共混體系結(jié)晶形態(tài)、結(jié)晶速度和結(jié)晶度受共混組分與含量的影響。CeO2納米顆粒在經(jīng)原位懸浮聚合法制備的Hy-PS體系中的分散性比在經(jīng)直接共混法制備的PS/CeO2納米復合材料中的分散性有了顯著提高。與：PP/PS/CeO2多相體系相比，PP/Hy-PS共混體系中PS分散相平均粒徑減小，粒徑分布更為均勻。同時，PP/Hy-PS共混體系中CeO2納米顆粒的分散性也較相同共混比例的PP/C

6、eO2及PP/PS/CeO2體系有了明顯改善，且CeO2納米顆粒富集于PP與PS界面間。
　　 PP/PS共混纖維成形過程中的相態(tài)演變研究表明，共混切片中PS分散相尺寸大小及分布標準差隨共混比例的增加而增加，分散相平均尺寸達微米級且分布均勻。在相同的紡絲條件下，當PS含量大于4％，沿初生共混纖維徑向，分散相由納米尺度微纖狀演變?yōu)閬單⒚壮叨葯E球狀形態(tài)，形成兩維（2-D）尺度梯度分布，且纖維表面存在PS分散相的富集。纖維后牽伸過程顯

7、著減小纖維直徑，但對纖維橫截面上內(nèi)部PS分散尺寸減小不大但對其分布存在一定的影響。隨著PS含量的提高，PP/PS共混牽伸纖維強度及斷裂伸長不斷增加，雙折射率不斷減小，沸水收縮率及回彈性不斷增加。當共混體系中PS含量達8％時，纖維卷繞速率決定著PS分散相的微纖化及其在纖維橫截面上的兩維梯度尺寸分布，并顯著影響表面形態(tài)與結(jié)晶結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。而紡絲溫度、環(huán)境冷卻溫度及紡絲泵供量等纖維成形條件對共混纖維表面形態(tài)及結(jié)晶結(jié)構(gòu)影響相對較小。
　　

8、 PP/Hy-PS共混纖維成形過程中的相態(tài)演變研究表明，隨著卷繞速率的增加，PP/Hy-PS共混纖維表面也發(fā)生類似與PP/PS纖維表面相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。CeO2顆粒在共混纖維表面分布均勻，單位面積的含量隨卷繞速度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢。PP/Hy-PS共混纖維橫截面相態(tài)隨卷繞速度的增加仍出現(xiàn)PS分散相的兩維尺度沿徑向梯度分布，且共混體系中無機納米顆粒在PP基體中的分散性也隨之不斷提高。該共混纖維PS分散相較相應條件下的PP/PS共

9、混纖維中的相尺寸小。紡絲溫度降低促進分散相對重力纖維表面相態(tài)的影響及Ce02顆粒的富集，較高的紡絲的溫度將促進共混卷繞纖維表面出現(xiàn)CeO2顆粒團聚。熱吹風冷卻條件下，PP/Hy-PS共混卷繞纖維表面分散相的存在及CeO2顆粒的富集較無吹風的共混纖維明顯。較低的泵供量促進了PS分散相及CeO2在重力纖維表面的富集，并在一定卷繞速率下引起纖維表面CeO2顆粒的團聚與相分離。
　　 PP/PS及PP/Hy-PS復合纖維性能研究表明，P