再生絲蛋白纖維的人工紡絲及其性能表征.pdf

1、動物絲,特別是蜘蛛絲近年來由于其優(yōu)異的綜合力學(xué)性能而倍受關(guān)注。但是天然動物絲的應(yīng)用由于種種原因而受到各種限制,因此人們期望通過人工紡絲來獲得性能與天然動物絲相近的再生絲蛋白纖維。本論文在本課題組已有的人工紡絲的基礎(chǔ)上(即采用高濃度的再生絲蛋白水溶液作為紡絲原液,以硫酸銨水溶液為凝固浴,通過濕法紡絲的方法制備出性能較好的再生絲蛋白纖維,進(jìn)一步研究了紡絲工藝參數(shù),如卷繞速度、拉伸倍率及不同階段拉伸倍率的分配等對最終獲得的再生絲蛋白纖維結(jié)構(gòu)和

2、性能的影響,并成功地采用連續(xù)機械化過程紡制得到六倍后拉伸再生絲蛋白纖維,其斷裂強度為0.39Gpa。斷裂伸長為32.1％,斷裂能為80.8kJ/kg,其綜合力學(xué)性能已經(jīng)可以和天然蠶繭絲相媲美。
　　 在工藝方面,本論文首先討論了不同的起始卷繞速度對再生絲蛋白纖維的影響。研究發(fā)現(xiàn),即使在可紡的濃度范圍之內(nèi),不同的再生絲蛋白紡絲液濃度所對應(yīng)的適宜的起始卷繞速度也不同,較低的紡絲液濃度對應(yīng)的初始卷繞速度較低。對于相同的拉伸倍數(shù),采用相

3、對較慢的起始卷繞速度獲得的再生纖維的力學(xué)性能較差,其原因可能在于較慢的拉伸速度不利于破壞絲蛋白分子鏈的纏結(jié),從而影響到分子鏈沿纖維軸方向的取向排列。其次,本論文討論了第二輥與第三輥上拉伸倍率的分配對再生絲蛋白纖維的影響。結(jié)果表明,以50rpm→150rpm→300rpm方式獲得的六倍拉伸纖維的力學(xué)性能要明顯高于以50rpm→200rpm→300rpm方式獲得的六倍拉伸纖維。因此我們得出再生絲蛋白纖維紡絲過程中一個重要的參數(shù),即在整個紡制

4、過程中,第二輥相對于第一輥拉伸倍率不能大于3,要獲得高拉伸倍率的纖維,必須通過增長紡程,通過逐步增加拉伸倍率來得到最終的纖維。
　　 熱力學(xué)性能分析結(jié)果表明,隨溫度增加,絲蛋白纖維(包括天然蠶繭絲和再生絲蛋白纖維)在140-160℃之間分子鏈之間的結(jié)合水被破壞,此過程為不可逆轉(zhuǎn)變;在160-180℃之間分子鏈發(fā)生運動,出現(xiàn)一相轉(zhuǎn)變過程,此過程為可逆轉(zhuǎn)變;在210-225℃之間規(guī)整區(qū)域發(fā)生了轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致力學(xué)性能下降;在280-310

5、℃之間絲蛋白分子鏈開始降解,最終的殘留量為40-50％。從熱力學(xué)的分析結(jié)果可以看出天然蠶絲結(jié)構(gòu)仍然較再生絲蛋白纖維來得完善,表現(xiàn)在其降解峰出現(xiàn)在較高溫度,且要使其發(fā)生分解需要較大的能量。同時熱力學(xué)分析結(jié)果也表明隨著拉伸倍數(shù)的增加,再生纖維的結(jié)構(gòu)會趨于完善。
　　 本論文還首次采用同步輻射紅外光譜對動物絲單絲進(jìn)行了表征,結(jié)果表明通過凝固浴和初步拉伸兩個過程之后,再生絲蛋白纖維中β-折疊的含量與天然蠶繭絲已相差無幾,并且不同拉伸倍數(shù)