熔法紡高強高模聚乙烯醇纖維結構與性能的研究.pdf

1、聚乙烯醇（PVA）是一種性能優(yōu)良、用途廣泛的多羥基聚合物，可從天然氣制備，在目前石油資源日漸匱乏的形勢下日顯重要。PVA高強高模纖維具有強度高、熱性能好，耐腐蝕性、耐氣候性優(yōu)異和與基材界面良好的粘結性，在國民經濟和高技術領域有廣泛用途，市場潛力極大。但PVA的多羥基強氫鍵特性使其熔點與分解溫度接近，難以熱塑加工。傳統(tǒng)PVA纖維一般采用濕法紡絲，其雙向傳質過程形成的初生纖維截面呈腰子形，有明顯皮芯結構，只能拉伸6-7倍，強度僅5-8cN／

2、dtex，且工序復雜，污染嚴重，限制了PVA纖維的應用。實現(xiàn)PVA熔融紡絲將是PVA高強高模纖維生產方法的重要突破，具有十分重要的科學意義和巨大的經濟效益。 本文根據(jù)超分子科學原理，通過分子復合和增塑，破壞PVA分子間氫鍵，形成新的分子間復合，在分子水平上控制PVA的聚集態(tài)結構，限制其結晶，降低其熔點，解決多羥基強氫鍵PVA因熔點與分解溫度接近難以熱塑加工的難題，并利用改性劑與PVA間氫鍵作用，增高水的沸點，增寬其沸程，解決PV

3、A熔紡時水產生氣泡的難題，成功實現(xiàn)了PVA的穩(wěn)定熔融紡絲，獲得截面為圓形，結構均勻，可拉伸性好的初生纖維，是PVA纖維生產方法的重要突破。研究了改性體系的氫鍵復合結構，改性體系中水的蒸發(fā)行為，改性劑對PVA熱性能、結晶結構及非等溫結晶性能的影響，PVA熔紡初生纖維的結構與性能及纖維拉伸過程中的結構形成，為在加工過程中控制纖維的結構形成，從通用級PVA制備高強高模纖維提供理論基礎，豐富和發(fā)展了高性能聚合物纖維及多羥基強氫鍵高分子體系的加工

4、理論和實踐，具有重要的理論和實際意義。 1．改性劑水和Ac與PVA羥基間形成的獨特氫鍵復合，破壞PVA自身分子間氫鍵，抑制其結晶，使其微晶尺寸增大，結晶度降低，熔點降低，熔點與分解溫度完全分離，得到熱塑加工窗口。受PVA和Ac氫鍵束縛，體系中結合水含量增加，水的蒸發(fā)速率降低，更多水可在高溫留在體系中起增塑作用，進一步改善PVA熱塑性能。 2．PVA熱塑性能的改善使其熔融結晶行為研究成為可能。改性體系非等溫結晶動力學研究表

5、明，在水增塑PVA基礎上，加入Ac可進一步抑制PVA的結晶，使其結晶減慢；冷卻速度對PVA晶核的形成方式沒有影響，但影響PVA的結晶度、結晶速度，表明通過調控冷卻速度可以控制PVA的結晶行為，使其熔紡初生纖維具較好拉伸性。 3．成功實現(xiàn)了PVA的熔融紡絲，獲得截面圓形、結構均勻的PVA初生纖維。熔融塑化過程中，改性劑進入PVA晶區(qū)，改變PVA的結晶結構，改善纖維拉伸性。強相互作用使體系中水蒸發(fā)溫度提高，為纖維高倍拉伸提供基礎。

6、 4．形變速率、水含量和溫度影響PVA熔紡纖維拉伸流動性。表觀拉伸粘度η<,ε>隨形變速率升高而降低。提高溫度，可使纖維在較少改性劑含量下獲得更好拉伸性能。體系水含量減少，纖維拉伸時細頸現(xiàn)象明顯，η<,ε>增加，活化機制發(fā)生變化，由三個不同機制的活化過程變?yōu)槎€。 5．拉伸過程中，纖維取向結構形成并發(fā)展，取向度增大。取向誘導PVA結晶，使其結晶速率增加，結晶結構完善，微晶尺寸增大，片晶厚度增加，在較高溫度出現(xiàn)新的吸熱峰。取

7、向結構的形成使PVA分子鏈排列更加緊密，單位體積內分子鏈數(shù)目增多，氫鍵強度增大，力學性能提高。但拉伸過程中溫度或拉伸速度不穩(wěn)定引起細頸不均勻，產生應力集中，會導致纖維分子鏈斷裂，應保持溫度和拉伸速度穩(wěn)定，避免細頸不均勻現(xiàn)象。 6．水含量和拉伸溫度對PVA纖維取向結晶結構有重要影響。水含量減小和拉伸溫度升高均使纖維取向度和結晶度增加，力學性能提高。高溫熱處理可進一步除去纖維水分，消除纖維缺陷，穩(wěn)定其取向結晶結構，獲得尺寸穩(wěn)定、強度