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BTDA-TDI/MDI三元共聚聚酰亚胺纤维湿法纺丝的研究

作　者: 邢俨鹏
导　师: 胡祖明
学　校: 东华大学
专　业: 材料加工工程
关键词: BTDA-TDI/MDI三元共聚聚酰亚胺湿法纺丝挤出胀大双扩散热处理
分类号: TQ342.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

BTDA-TDI/MDI三元共聚聚酰亚胺由3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐(BTDA)、二异氰酸二苯甲烷酯(MDI)和二异氰酸甲苯酯(TDI)三种单体共缩聚而得。80年代中期,奥地利的Lenzing AG公司以此聚合物为原料,推出了P84(?)纤维。该纤维耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射、热稳定性优良,被广泛地应用于防护材料、包装材料、耐高温过滤材料和运输工具的内部材料等领域。本文采用湿法纺丝工艺制备了BTDA-TDI/MDI (P84(?))三元共聚聚酰亚胺纤维,选定N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为湿法纺丝溶剂,研究了BTDA-TDI/MDI共聚聚酰亚胺/NMP溶液的挤出胀大行为；对BTDA-TDI/MDI-NMP-H2O湿纺体系凝固扩散机理作初步研究；分析了热处理工艺条件对BTDA-TDI/MDI共聚聚酰亚胺纤维结构与性能影响。本文采用了自制的毛细管流变仪通过摄影法研究了三元共聚聚酰亚胺溶液的挤出胀大行为,在不同模具和挤出条件下测定了挤出胀大比(B)。模口长径比(L/D)选定范围是1-9,浆液温度选定范围为15-60℃,挤出压力为0.2-0.5 MPa及不同的滤布层数,实验表明挤出胀大比,随挤出压力增大而增大,随温度上升而减小,增加长径比(L/D)和滤布层数可以有效减少挤出胀大比。湿法纺丝过程中溶剂和凝固剂的双扩散传质过程对于初生纤维的结构与性能有决定性的影响,研究凝固过程中溶剂与凝固剂双扩散的核心问题是扩散系数‘的测定和计算。本文用成分分析法测定初生纤维中溶剂NMP和凝固剂H20的含量,基于由Fick第二定律求解的湿纺扩散模型,应用计算机程序计算各自的扩散系数,讨论了各凝固条件对双扩散系数和扩散系数比的影响,初步揭示了纤维凝固成纤过程的动力学变化规律,为选取适当的凝固条件以调控初生纤维结构进而控制其性能提供了理论依据,得出如下结论：溶剂和凝固剂扩散系数均随喷头拉伸比增大而增大；随凝固浴温度升高而增大；凝固浴浓度70%的扩散系数小于60%,80%。喷头拉伸比、凝固浴温度、凝固浴浓度的变化对溶剂扩散速度的影响要大于凝固剂。扩散系数比(Ds/DN)随喷头拉伸比增大而增大；随凝固浴温度升高而增大；凝固浴浓度70%的扩散系数比小于60%,80%。本论文以不同的负拉伸(-40%,-50%,-60%)纺制了初生纤维,并采用静态定长方式与动态方式对初生纤维进行了热处理,讨论了热处理温度、气氛、倍数对纤维结构和机械性能的影响。结果表明在静态方式下,最佳的拉伸温度为340。C,时间为4分钟得到热处理纤维的断裂强度为0.78 cN/dtex;在动态方式下,最佳工艺为：负拉伸-60%拉伸温度340℃,拉伸倍率3.5倍得到热拉伸纤维的断裂强度为1.76cN/dtex,伸长35%；并通过计算机软件拟合、插值讨论拉伸工艺参数对纤维力学性能的影响,并对下一步的研究提出建议。

BTDA-TDI/MDI三元共聚聚酰亚胺纤维湿法纺丝的研究

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