再生絲蛋白纖維的人工紡絲及其性能表征.pdf

1、動(dòng)物絲,特別是蜘蛛絲近年來(lái)由于其優(yōu)異的綜合力學(xué)性能而倍受關(guān)注。但是天然動(dòng)物絲的應(yīng)用由于種種原因而受到各種限制,因此人們期望通過(guò)人工紡絲來(lái)獲得性能與天然動(dòng)物絲相近的再生絲蛋白纖維。本論文在本課題組已有的人工紡絲的基礎(chǔ)上(即采用高濃度的再生絲蛋白水溶液作為紡絲原液,以硫酸銨水溶液為凝固浴,通過(guò)濕法紡絲的方法制備出性能較好的再生絲蛋白纖維,進(jìn)一步研究了紡絲工藝參數(shù),如卷繞速度、拉伸倍率及不同階段拉伸倍率的分配等對(duì)最終獲得的再生絲蛋白纖維結(jié)構(gòu)和

2、性能的影響,并成功地采用連續(xù)機(jī)械化過(guò)程紡制得到六倍后拉伸再生絲蛋白纖維,其斷裂強(qiáng)度為0.39Gpa。斷裂伸長(zhǎng)為32.1％,斷裂能為80.8kJ/kg,其綜合力學(xué)性能已經(jīng)可以和天然蠶繭絲相媲美。
　　 在工藝方面,本論文首先討論了不同的起始卷繞速度對(duì)再生絲蛋白纖維的影響。研究發(fā)現(xiàn),即使在可紡的濃度范圍之內(nèi),不同的再生絲蛋白紡絲液濃度所對(duì)應(yīng)的適宜的起始卷繞速度也不同,較低的紡絲液濃度對(duì)應(yīng)的初始卷繞速度較低。對(duì)于相同的拉伸倍數(shù),采用相

3、對(duì)較慢的起始卷繞速度獲得的再生纖維的力學(xué)性能較差,其原因可能在于較慢的拉伸速度不利于破壞絲蛋白分子鏈的纏結(jié),從而影響到分子鏈沿纖維軸方向的取向排列。其次,本論文討論了第二輥與第三輥上拉伸倍率的分配對(duì)再生絲蛋白纖維的影響。結(jié)果表明,以50rpm→150rpm→300rpm方式獲得的六倍拉伸纖維的力學(xué)性能要明顯高于以50rpm→200rpm→300rpm方式獲得的六倍拉伸纖維。因此我們得出再生絲蛋白纖維紡絲過(guò)程中一個(gè)重要的參數(shù),即在整個(gè)紡制

4、過(guò)程中,第二輥相對(duì)于第一輥拉伸倍率不能大于3,要獲得高拉伸倍率的纖維,必須通過(guò)增長(zhǎng)紡程,通過(guò)逐步增加拉伸倍率來(lái)得到最終的纖維。
　　 熱力學(xué)性能分析結(jié)果表明,隨溫度增加,絲蛋白纖維(包括天然蠶繭絲和再生絲蛋白纖維)在140-160℃之間分子鏈之間的結(jié)合水被破壞,此過(guò)程為不可逆轉(zhuǎn)變;在160-180℃之間分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng),出現(xiàn)一相轉(zhuǎn)變過(guò)程,此過(guò)程為可逆轉(zhuǎn)變;在210-225℃之間規(guī)整區(qū)域發(fā)生了轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致力學(xué)性能下降;在280-310

5、℃之間絲蛋白分子鏈開(kāi)始降解,最終的殘留量為40-50％。從熱力學(xué)的分析結(jié)果可以看出天然蠶絲結(jié)構(gòu)仍然較再生絲蛋白纖維來(lái)得完善,表現(xiàn)在其降解峰出現(xiàn)在較高溫度,且要使其發(fā)生分解需要較大的能量。同時(shí)熱力學(xué)分析結(jié)果也表明隨著拉伸倍數(shù)的增加,再生纖維的結(jié)構(gòu)會(huì)趨于完善。
　　 本論文還首次采用同步輻射紅外光譜對(duì)動(dòng)物絲單絲進(jìn)行了表征,結(jié)果表明通過(guò)凝固浴和初步拉伸兩個(gè)過(guò)程之后,再生絲蛋白纖維中β-折疊的含量與天然蠶繭絲已相差無(wú)幾,并且不同拉伸倍數(shù)