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PTT长丝纱形态记忆特性的研究

作　者: 张俊华
导　师: 蒋耀兴
学　校: 苏州大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: PTT纤维形态记忆热定型扭转变形
分类号: TQ340.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 50次
引　用: 2次
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内容摘要

PTT纤维以其特有的分子结构和较高的弹性回复性能,使PTT纤维具有形状记忆聚合物所需的固定相和可逆相。而且PTT纤维具有较低的可逆相转变温度(45℃),使PTT纤维制品在日常生活中实现形态记忆的功能成为现实。本课题重点研究PTT长丝纱因扭转变形产生的形状记忆特性的实现条件和影响形态记忆的主要因素,建立了模拟形态记忆的工艺流程,并在实验基础上,确定合理的工艺参数,以期为企业开发和生产基于PTT长丝纱的形态记忆织物提供一定的参考依据。通过加捻,使PTT长丝纱产生一次变形,测量和分析PTT长丝纱在扭转变形过程中的长度变化规律以及与理论值的差异,研究发现:随着扭转变形量加大,PTT长丝纱的捻缩率逐渐增大,捻缩率的实测值与理论值的差异变大,进入高捻区后,PTT长丝纱的扭转变形愈加明显,捻缩率显著增大。当捻系数超过693tex1/2捻/10cm时,纱线因收缩扭结而形成小辫子,为防止强捻纱线产生“辫结”现象,PTT长丝纱的扭转变形量应控制在捻系数为693tex1/2捻/10cm以下的一定范围内是比较合适的。采用干热定型方法,对加捻后的PTT长丝纱进行干热定型,即“一次变形定型”。通过测试残余扭矩,对一次变形的定型效果进行评价,研究发现:在定型温度为160℃~180℃范围内,定型60min时,PTT长丝纱取得较好热定型效果,定型60min对扭转变形量较小的PTT长丝纱影响较小。通过研究一次变形定型后的PTT长丝纱的力学性能变化,发现在定型温度为140℃~160℃时,PTT长丝纱断裂强度损失率和断裂伸长损失率较小,在定型时间为30min,捻系数为577tex1/2捻/10cm时,一次变形定型后PTT长丝纱断裂强度、断裂伸长率和总弹性回复率达到最大值。用热水浴对一次变形定型后的PTT长丝纱进行解捻,即通过“形态回复”试验,模拟形态记忆过程中的二次变形。测量二次变形过程中试样的尺寸变化以及弹性回复率,研究定型温度、定型时间和扭转变形量对PTT长丝纱形态记忆特性的影响,同时,用SPSS进行回归分析,确定影响形态记忆的主要因素。研究发现:在定型温度为160℃,定型时间为30min,捻系数为577tex1/2捻/10cm时,PTT长丝纱在二次变形过程中的形态回复能力较好,并能够保持良好的形态记忆特性。通过显微镜观察发现,经过二次变形后,PTT长丝纱因解捻而使纤维间空隙增大,有明显“起绉”现象,纱线直径较一次变形定型时变大。通过双折射率测试分析发现,一次变形定型后,随着热定型温度的升高,PTT纤维的双折射率增大,当热定型温度为160℃时达到最大值,之后双折射率逐渐下降。随着扭转变形量的增大,PTT纤维的双折射率增大,当捻系数超过577tex1/2捻/10cm之后,纤维双折射率趋于稳定。二次变形PTT纤维的双折射率较一次变形定型时下降。通过X射线衍射分析发现,一次变形定型后,随着热定型温度的升高,PTT纤维的结晶度增大,当热定型温度超过160℃之后,纤维结晶度缓慢增加并趋于稳定。定型60min时PTT纤维的结晶度高于定型30min的PTT纤维。随着扭转变形量的增大,PTT纤维的结晶度增大。二次变形后PTT纤维的结晶度较一次变形定型时下降。通过差热分析(DSC)发现,一次变形定型后PTT纤维DSC曲线没有发生明显变化,没有出现新的吸热峰和放热峰,熔融温度(熔点)也没有发生明显变化,表明试样的热性能并没有发生明显变化。随着定型温度的升高,PTT纤维的玻璃化温度升高,定型60min时PTT纤维的玻璃化温度高于定型30min时的PTT纤维。通过红外光谱分析发现,特征谱带为734cm-1、830cm-1、1130cm-1、1260cm-1和1730cm-1等处存在着明显的吸收峰。在谱带854cm-1附近,随温度升高出现一个弱峰,说明一次变形定型后PTT纤维的结晶度升高。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-23
  1.1 PTT 聚合物的发展  12-14
    1.1.1 国外研发概况  12-13
    1.1.2 国内研发概况  13-14
  1.2 PTT 的合成与生产  14-15
    1.2.1 PDO 的合成  14-15
    1.2.2 PTT 的合成  15
  1.3 PTT 纤维的结构特征  15-18
    1.3.1 PTT 纤维的分子结构  16
    1.3.2 PTT 纤维的聚集态结构  16-17
    1.3.3 PTT 纤维的形态结构  17-18
  1.4 PTT 纤维的力学性能  18-19
    1.4.1 PTT 纤维的强伸度和模量  18
    1.4.2 PTT 纤维的弹性  18-19
  1.5 PTT 纤维的其他性能  19-20
    1.5.1 PTT 熔体的黏弹行为  19
    1.5.2 PTT 纤维的热学性能  19-20
    1.5.3 低温染色性  20
  1.6 PTT 的应用  20-21
  1.7 PTT 研究现状  21-22
  1.8 本课题研究内容和方法  22-23
第二章形态记忆原理与实验方法  23-29
  2.1 形态记忆原理  23-25
    2.1.1 形状记忆聚合物的“记忆效应”  23
    2.1.2 形状记忆聚合物的记忆机理  23-25
  2.2 实验材料与方法  25-28
    2.2.1 实验材料与实验仪器  25
    2.2.2 一次变形的方法与工艺条件  25
    2.2.3 一次变形的定型方法与工艺条件  25-26
    2.2.4 定型效果的测量方法  26
    2.2.5 一次变形定型后PTT 长丝纱力学性能的测试方法  26-27
    2.2.6 二次变形的方法  27-28
    2.2.7 二次变形后PTT 长丝纱弹性性能的测试方法  28
  2.3 本章小结  28-29
第三章 PTT 长丝纱形态记忆特性的研究  29-48
  3.1 PTT 长丝纱在扭转变形过程中的长度变化规律  29-30
    3.1.1 扭转变形量与纱线长度变化的测量结果  29-30
    3.1.2 PTT 长丝纱在扭转变形过程中的长度变化特点  30
  3.2 一次变形的定型工艺分析和评价  30-33
    3.2.1 残余扭矩的产生与消除方法  30-31
    3.2.2 残余扭矩测试结果  31-33
    3.2.3 热定型温度对定型效果的影响  33
    3.2.4 定型时间对定型效果的影响  33
  3.3 一次变形定型工艺对PTT 长丝纱力学性能影响  33-41
    3.3.1 一次变形定型工艺对PTT 长丝纱断裂强度、断裂伸长率影响  33-38
    3.3.2 一次变形定型工艺对PTT 长丝纱弹性的影响  38-41
  3.4 PTT 长丝纱形态记忆特性的研究  41-45
    3.4.1 二次变形过程中PTT 长丝纱回缩率测试与形态回复能力分析  41-43
    3.4.2 二次变形后PTT 长丝纱弹性测试与形态记忆能力分析  43-45
  3.5 PTT 长丝纱形态记忆的工艺参数分析  45-47
  3.6 本章小结  47-48
第四章形态记忆过程中纱线形态与纤维结构研究  48-65
  4.1 实验方法  48-49
    4.1.1 PTT 长丝纱的形态特征测定方法  48
    4.1.2 PTT 纤维的双折射率测定方法  48
    4.1.3 PTT 纤维的结晶度测定方法  48-49
    4.1.4 差热分析（DSC）  49
    4.1.5 红外光谱测试方法  49
  4.2 结果与讨论  49-63
    4.2.1 PTT 长丝纱的形态特征  49-52
    4.2.2 PTT 纤维的双折射率测试结果与分析  52-53
    4.2.3 PTT 纤维的结晶度测试结果与分析  53-58
    4.2.4 差热分析（DSC）的测试结果与分析  58-60
    4.2.5 红外光谱的测试结果与分析  60-63
  4.3 本章小结  63-65
第五章结论与展望  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 展望  66-67
参考文献  67-70
攻读学位期间出版或公开发表的论文  70-71
致谢  71-72

PTT长丝纱形态记忆特性的研究

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