PPTA漿粕的制備及其成形機(jī)理的研究.pdf

1、聚對苯二甲酰對苯二胺(Poly(para-Phenylene Terephthalamide),PPTA)漿粕具有PPTA纖維許多優(yōu)異的物理機(jī)械性能同時,有更強(qiáng)的復(fù)合效果,被廣泛應(yīng)用于摩擦、密封、增強(qiáng)材料等領(lǐng)域。制備PPTA漿粕最為成熟且已工業(yè)化的方法是PPTA液晶紡絲-切割法。本文分別采用低溫溶液直接縮聚法和沉析法制備PPTA漿粕,并通過對其成形過程的數(shù)學(xué)分析,對PPTA漿粕的成形機(jī)理進(jìn)行了較為深入的研究。 首先對在簡單溶劑體系NMP

2、-CaCl2中,低溫溶液直接縮聚法制備PPTA漿粕的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。不同因素對PPTA漿粕的相對分子質(zhì)量及長徑比的影響大小順序為:攪拌速率>單體初始濃度>TPC第一次投料比,特別是攪拌速率對PPTA漿粕長徑比的影響非常顯著;利用超聲波洗滌PPTA漿粕,能夠縮短洗滌時間、減少灰分含量。 隨著PPTA縮聚反應(yīng)的進(jìn)行,反應(yīng)程度增加,反應(yīng)由化學(xué)反應(yīng)控制變?yōu)閿U(kuò)散控制過程,相鄰的PPTA齊聚物末端官能團(tuán)之間發(fā)生反應(yīng)必須滿足以下兩個條件:末端反應(yīng)

3、官能團(tuán)間的中心距離較小,即|r|

4、。 研究了較低相對分子質(zhì)量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)和液氨兩種新的無毒添加劑對直接縮聚法制備PPTA漿粕性能的影響。PVP K30的加入有利于提高產(chǎn)物相對分子質(zhì)量、提高漿粕的長徑比、改善漿粕的表面原纖化等作用,但不影響PPTA漿粕的化學(xué)結(jié)構(gòu)及結(jié)晶性能;而液氨的加入也有利于提高PPTA漿粕的相對分子質(zhì)量,但對漿粕的其它性能沒有任何影響。 在間歇式反應(yīng)容器中制備PPTA漿粕的基礎(chǔ)上,采用嚙合同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿作為主反應(yīng)器,半連續(xù)化制備

5、了即TA漿粕。擠出PPTA凍膠體的厚度可通過機(jī)頭狹縫的厚度來控制,較薄的PP了認(rèn).凍膠體可以減小熟化過程中的溫度梯度,有利于即TA漿粕的相對分子質(zhì)量及長徑比的提高。較低的預(yù)縮聚反應(yīng)溫度,有利于得到高相對分子質(zhì)量的即TA漿粕;而主反應(yīng)溫度則應(yīng)控制在70℃左右為宜。物料在雙螺桿中的停留時間超過3分鐘,才滿足制備即TA漿粕的工藝要求。螺桿的轉(zhuǎn)速對PPTA漿粕的相對分子質(zhì)量和長徑比的提高都不顯著,若轉(zhuǎn)速太快,使物料在雙螺桿中的停留時間縮短,反而

6、不利于得到性能較好的即TA漿粕。 本論文提出了一種制備PPTA漿粕的全新方法一沉析法,即采用將PPT八竹25仇漿液直接在剪切流動的凝固液中沉析出PPTA漿粕。對沉析法制備PPTA漿粕的成形機(jī)理進(jìn)行了探索,粘稠的PPT凡HZSO4漿液在凝固液中分散成小液滴,在剪切力的作用下發(fā)生形變后,當(dāng)凝固液擴(kuò)散到變形液滴的一定位置,且強(qiáng)度達(dá)到一定時,就會沉析出PPTA纖維,進(jìn)而在高速剪切力的作用下原纖化成PPTA漿粕。根據(jù)對沉析法制備PPTA漿粕成形機(jī)

7、理的推測,分別對PPTA/HZSq對液滴的變形過程和凝固過程進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析,得出了PPI,A漿粕最終長度受剪切速率、凝固液的擴(kuò)散速率,液滴的初始尺寸、漿液與凝固液粘度比等因素的影響,由于為了簡化計算過程,對形變、凝固過程都作了相應(yīng)的理想化的假設(shè),計算結(jié)果與實驗結(jié)果稍有出入。通過熱失重法對直接縮聚法和沉析法制備的PPTA漿粕的熱穩(wěn)定性及熱分解動力學(xué)進(jìn)行了分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn):即TA漿粕具有較好的熱穩(wěn)定性,在300℃以下失重很少,但在470℃以上

8、熱分解速率較快,在氮氣中的熱分解活化能較高。對Kevlar、Twaron漿粕、和本實驗自制的PPTA漿粕增強(qiáng)復(fù)合材料的摩擦磨損性能進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)三種PPTA漿粕增強(qiáng)的摩擦材料都具有優(yōu)良的摩擦磨損性能都克服了石棉增強(qiáng)的摩擦材料在較高溫度下,磨損率較大的缺點。 本論文的主要創(chuàng)新點為:(1)嚙合同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿作為主反應(yīng)器,半連續(xù)化制備了即TA漿粕;(2)利用沉析法制備PPTA漿粕;(3)選用新的酸吸收劑,該堿性物質(zhì)價廉且對環(huán)境友好;(4)