PPTA-MSA溶液性質(zhì)及其成纖性能研究.pdf

1、聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（PPTA）纖維是目前最受人們青睞和應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的高科技纖維之一，特殊的結(jié)構(gòu)賦予了其耐高溫、防火、耐化學(xué)腐蝕及高的力學(xué)性能和抗疲勞性能。PPTA纖維的主要產(chǎn)品有長(zhǎng)短纖維和漿粕，在目前的工業(yè)化生產(chǎn)中，纖維和漿粕的制備都離不開濃硫酸。但是濃硫酸與 PPTA樹脂混合時(shí)易造成樹脂結(jié)團(tuán)、降解，從而影響溶液的穩(wěn)定性和均一性。并且用濃硫酸作為溶劑和凝固浴使用時(shí)，對(duì)設(shè)備及人體的危害較大。甲磺酸（MSA）是一種危害性遠(yuǎn)小于濃硫酸的溶

2、劑，同樣可以使PPTA樹脂溶解。本文首次用MSA對(duì)PPTA樹脂進(jìn)行溶解，初步探究了PPTA/MSA溶液的性質(zhì)及其成纖性能。
　　本文首先探究了PPTA與MSA的混合工藝及PPTA在MSA中的最大溶解度。通過偏光顯微鏡（POM）觀察了PPTA樹脂在MSA中的溶解規(guī)律，并與濃硫酸進(jìn)行對(duì)比。通過比濃對(duì)數(shù)粘度隨時(shí)間的變化研究了溶液濃度、樹脂分子量、溫度、溶解氣氛對(duì)PPTA在MSA中穩(wěn)定性的影響。通過差示掃描量熱儀（DSC）、旋轉(zhuǎn)粘度儀和自

3、制相對(duì)粘度測(cè)試儀研究了溫度和溶液濃度對(duì) PPTA/MSA溶液表觀粘度的影響。用紅外吸收光譜儀（FTIR）和熱失重分析儀（TG）分別研究了酸溶解對(duì)PPTA樹脂結(jié)構(gòu)和熱性能造成的影響。結(jié)果表明：將MSA溫度降至10℃，在迅速攪拌的條件下加入PPTA樹脂，兩者混合均勻，不產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象；PPTA樹脂在MSA中的最大溶解度達(dá)10％左右；PPTA樹脂在MSA中溶解時(shí)先溶脹后溶解，并且在偏光顯微鏡（POM）下可觀察到彩色條紋圖案；PPTA溶解于 MS

4、A后形成亮黃色透明溶液，溶液不具備液晶特性；溶液濃度較低時(shí)，PPTA在 MSA中的穩(wěn)定性好于在濃硫酸中的穩(wěn)定性；分子量大的樹脂在MSA中的降解程度低、降解慢；溫度大于80℃時(shí)，PPTA/MSA溶液的熱穩(wěn)定性急劇下降，氮?dú)獾谋Ｗo(hù)可以提高樹脂的熱穩(wěn)定性；經(jīng)過 MSA溶解后的PPTA樹脂發(fā)生一定程度的降解，但其結(jié)構(gòu)和熱性能無明顯變化。
　　其次，用濃度為1~3%的PPTA/MSA溶液通過沉析法制備PPTA漿粕。通過偏光顯微鏡（POM）、

5、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、自動(dòng)比表面積分析儀比較了溶液濃度、凝固浴溫度、處理方式對(duì)PPTA漿粕纖維表面形貌、尺寸和比表面積（SSA）的影響。用熱失重分析儀（TG）分析了漿粕的熱性能。結(jié)果表明：低濃度的溶液有利于制備長(zhǎng)徑比較高、比表面積較大的PPTA漿粕；相同濃度下，PPTA/MSA溶液制備的漿粕比PPTA/濃硫酸溶液制備漿粕的平均長(zhǎng)度稍低，但是比表面積稍大；凝固液溫度的提高，不利于漿粕平均長(zhǎng)度的提高，但是有利于得

6、到內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松的漿粕纖維，從而易于進(jìn)一步原纖化得到較大的比表面積；直接通過抽濾洗滌、干燥的漿粕相互之間會(huì)發(fā)生粘結(jié)，導(dǎo)致氮吸附法測(cè)得比表面積偏小，快速揮發(fā)法有利于測(cè)得漿粕真實(shí)的比表面積。
　　然后，用8%的PPTA/MSA溶液進(jìn)行濕法紡絲制備PPTA初生纖維。通過力學(xué)性能測(cè)試儀、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、聲速取向測(cè)試儀測(cè)試比較了凝固浴濃度、噴絲頭拉伸倍數(shù)、樹脂分子量對(duì)PPTA初生纖維力學(xué)性能、表面形貌、取向度

7、、結(jié)晶性能的影響。結(jié)果表明：凝固浴濃度的提高有利于PPTA初生纖維的取向和結(jié)晶，凝固浴濃度為40%時(shí)，所得初生纖維的表面形貌和性能最好；凝固浴濃度為30%時(shí)，PPTA初生纖維的最大濕拉伸倍數(shù)為6.6倍（噴絲頭拉伸6倍，熱水浴拉伸1倍），拉伸倍數(shù)越大，初生纖維的纖度越低，強(qiáng)度和模量越高，纖維的取向度和結(jié)晶度也越高。
　　最后，在350℃下，對(duì)初生PPTA纖維進(jìn)行熱拉伸處理。通過力學(xué)性能測(cè)試儀、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（X