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半芳香聚酰胺的可纺性能研究

作　者: 吴娉婷
导　师: 王依民
学　校: 东华大学
专　业: 材料学
关键词: 半芳香聚酰胺 热降解 非等温结晶 熔融纺丝 热处理
分类号: TQ340.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着科学技术的飞速发展,汽车工业需要轻量化,电子产品需要小型化、精密化和降低成本,电缆电线需要更加耐候。因此,对所使用的有机材料的耐热性、精密成型性及尺寸稳定性提出了更严格的要求。聚酰胺在各个领域有着广泛的应用,聚酰胺纤维也不断得到研究和开发,在电子通讯、汽车、服装等行业都发挥着重要作用。为了适应对其耐热性、吸水率、尺寸稳定性等方面新的要求,人们在进行分子结构设计时可在分子主链上引入带有热稳定性好的芳香环,用芳香族酸或胺代替脂肪族酸或胺,来合成半芳香族聚酰胺,这种新型聚酰胺兼具芳香族和脂肪族聚酰胺的优点,已成为研究热点之一。本文通过选择合适半芳香聚酰胺原料,并对其热降解机理和非等温结晶动力学进行分析,为纺丝工艺参数的选择提供参考。通过双螺杆挤出机,调整合适的工艺参数,制备半芳香聚酰胺的初生纤维,并使用热处理对纤维进行了后续加工。结果表明：1、通过对熔融指数(MI)、DSC、TG测试结果的比较,选择熔融指数为17.72g/min,熔点为290℃,热分解温度在450℃以上的半芳香聚酰胺作为纺丝原料。2、半芳香聚酰胺的热降解过程为一步反应,使用Kissinger方法和Flynn-Wall-Ozawa方法可以分析半芳香聚酰胺试样的热降解动力学,计算出两种方法得出的半芳香聚酰胺试样的热分解活化能分别为258.37kJ/mol和227.41 kJ/mol。并分析出降解的两种可能机理。3、使用DSC方法对半芳香聚酰胺的非等温结晶过程及其动力学进行了研究。结晶峰的趋势是向低温方向移动的,而且结晶峰宽度随降温速率的增大而变宽,表明其冷却结晶过程受成核控制。半结晶期t1/2随着降温速率的增大而下降。在非等温条件下半芳香聚酰胺结晶时可能按照片晶形式生长,随着降温速率增大,转变成三维球晶生长。3、通过双螺杆挤出机对半芳香聚酰胺粒料进行纺丝加工,在喷丝板下方增加一个长约40cm的缓冷装置,可以较好地解决熔体不易成纤的问题,缓冷装置控制温度在220℃左右。纺丝温度在295-320℃之间,对纤维进行力学性能测试发现初生纤维已经具备一定的机械性能。将半芳香聚酰胺纤维进行热处理,发现其断裂伸长大大下降,强度和模量大大提高,表明后处理过程能改善半芳香聚酰胺纤维的机械性能。综合考虑热处理对半芳香聚酰胺的热学和力学性能的影响,160℃,60min的热处理条件是比较适宜的,最终可以得到熔点约为300℃,断裂伸长率6%左右,初始模量和抗张强度约为12.3GPa和0.77GPa,综合性能大为改善的半芳香聚酰胺纤维。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 前言  11-22
  1.1 半芳香聚酰胺概述  11-12
  1.2 半芳香聚酰胺的主要性能和制备方法  12-15
    1.2.1 半芳香聚酰胺的主要性能  12-14
    1.2.2 半芳香聚酰胺的制备方法  14-15
  1.3 半芳香聚酰胺的应用  15-16
    1.3.1 汽车工业  15
    1.3.2 电气电子工业  15-16
    1.3.3 纤维工业  16
    1.3.4 其他  16
  1.4 半芳香聚酰胺的研究现状  16-19
    1.4.1 半芳香均聚酰胺  16-17
    1.4.2 半芳香共聚酰胺  17-19
  1.5 聚酰胺纤维概述  19-20
  1.6 本论文的研究内容及意义  20-22
第二章 原料测试  22-28
  2.1 半芳香聚酰胺的原料测试  22-23
    2.1.1 熔融指数(MI)测试  22
    2.1.2 DSC测试  22
    2.1.3 TG测试  22
    2.1.4 FTIR测试  22-23
  2.2 结果与讨论  23-26
    2.2.1 熔融指数(MI)测试结果  23
    2.2.2 DSC测试结果  23-24
    2.2.3 TG测试结果  24-26
    2.2.4 FTIR测试结果  26
  2.3 本章小结  26-28
第三章 半芳香聚酰胺的热降解性能研究  28-36
  3.1 实验部分  28
    3.1.1 原料  28
    3.1.2 仪器设备  28
    3.1.3 样品测试  28
  3.2 结果与讨论  28-34
  3.3 本章小结  34-36
第四章 半芳香聚酰胺的非等温结晶动力学分析  36-44
  4.1 实验部分  36-37
    4.1.1 原料  36
    4.1.2 仪器设备  36
    4.1.3 样品测试  36-37
  4.2 结果与讨论  37-43
    4.2.1 半芳香聚酰胺结晶动力学分析  37-41
    4.2.2 半芳香聚酰胺结晶能力研究  41-43
  4.3 本章小结  43-44
第五章 半芳香聚酰胺可纺性能研究  44-51
  5.1 纺丝  44-47
    5.1.1 原料  44
    5.1.2 仪器设备及测试条件  44-45
    5.1.3 纺丝流程  45
    5.1.4 纺丝工艺选择  45-47
  5.2 半芳香聚酰胺初生纤维结构性能测试  47-48
    5.2.1 半芳香聚酰胺初生纤维DSC测试  47
    5.2.2 半芳香聚酰胺初生纤维热失重TG测试  47-48
    5.2.3 半芳香聚酰胺初生纤维力学性能测试  48
  5.3 结果与讨论  48-49
    5.3.1 半芳香聚酰胺初生纤维的热学性能  48-49
    5.3.2 半芳香聚酰胺初生纤维的力学性能  49
  5.4 本章小结  49-51
第六章 半芳香聚酰胺纤维热处理性能研究  51-61
  6.1 实验部分  51-52
    6.1.1 原料与设备  51
    6.1.2 初生纤维热处理  51-52
    6.1.3 热处理后纤维性能测试  52
  6.2 结果与讨论  52-60
    6.2.1 热处理对半芳香聚酰胺纤维热学性能的影响  52-55
    6.2.2 热处理对半芳香聚酰胺纤维力学性能的影响  55-60
  6.3 本章小结  60-61
第七章 全文总结  61-63
参考文献  63-68
攻读硕士学位期间发表论文和获奖情况  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 化学纤维工业 > 一般性问题 > 基础理论
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