高技术纤维教学案例库建设与应用探讨

为了有效深化材料科学与工程专业本科生教育教学改革,提高课堂教学质量,文章以高技术纤维课程为例,优化课程设计,阐述教学案例库建设的内容。增加高性能纤维和功能性纤维相关的教学案例,构建了包含6个高技术纤维典型案例的案例库,旨在指导学生掌握纤维领域的前沿技术发展,进一步落实培养创新研究型人才的教学理念。

高稳定性钛系聚酯催化剂TiOC@SiO_(2)的制备及应用

钛系聚酯催化剂因催化活性高、环境友好等优点,是传统锑系聚酯催化剂的理想替代品。为了制备出耐水解性好、分散性好、催化性能稳定的钛系聚酯催化剂,采用反相微乳液法,制备得到核壳结构催化剂TiOC@SiO_(2)。在钛有机化合物的表面包覆一层硅氧烷,以此稳定钛有机化合物的催化活性。利用多种现代表征方法对TiOC@SiO_(2)的形貌、结构和性能进行了表征分析,并探究其在合成聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的催化性能。研究结果表明,TiOC@SiO_(2)催化剂为粒径约200nm的核壳球形结构,无Ti—O—Si键,钛含量为6.95%。TiOC@SiO_(2)催化剂在90℃下水浴2h后,其结构和催化活性保持不变,复合结构显著提高了钛有机化合物的耐水解性和分散性。在聚酯合成实验中,仅添加5μg/g TiOC@SiO_(2),在270℃下缩聚反应92min,即可制备出特性黏度为0.677dL/g、端羧基含量为14.4mol/t、b值为2.16的PET。

聚对苯二甲酸乙二醇酯中低聚物组成的双检测器色谱法分析

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料中的低聚物会显著影响其加工性能和终端产品的品质。为探究PET中低聚物的组成,通过一步沉淀法提取PET中的低聚物,借助超高效聚合物色谱(APC)、光电二极管阵列检测器(PDA)和示差折光检测器(RID)对自制的低聚物混合标准溶液进行标定,由外标法拟合各组分的标准曲线,建立定量检测低聚物组成的方法。结果表明:在240 nm吸收波长下,可获得分离度高且重复性好的低聚物色谱图;在测定范围内,相关系数R^(2)>0.99,相对标准偏差RSD<2.00%,方法的线性关系及重复性良好。对未知浓度的试样进行检测可知,PET纤维中的低聚物包括环状二聚体、含一个二甘醇的环状二聚体、环状三聚体、环状四聚体,其中以环状三聚体和环状四聚体为主;所测试样品中,物理法再生PET中低聚物总含量最多,原生PET次之,化学法再生PET中低聚物含量最少。

聚苯胺复合导电织物增强水凝胶传感器的制备与性能研究

织物基柔性传感器因其柔软轻薄、灵敏度高,在可穿戴电子材料领域受到广泛关注。文章以涤氨纶混纺织物为基底材料,采用原位聚合法制备了聚苯胺(PANI)复合导电织物,再将聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)共混制备的水凝胶涂覆于其表面,得到PANI复合导电织物增强的水凝胶传感器(PAC传感织物),并对其进行了表征和性能测试。结果表明,13%-PAC传感织物具有优异的导电性、耐低温性、抗疲劳性和抗菌性,当应变为210.8%时,其断裂强度达到8.2 MPa,灵敏度(GF)为0.461,对人体面部微表情、膝部和肘部的活动有较好的响应能力,有望应用于人体健康监测和柔性可穿戴传感器等领域。

涤纶废丝的熔融增黏反应及其性能

为了提高废旧聚酯的循环再利用价值,以涤纶废丝为原料进行了熔融增黏,考察并分析了不同温度和时间条件下特性黏度、相对分子质量及其分布、低聚物含量和热性能的变化。结果表明:270℃下,涤纶废丝的特性黏度随反应时间的延长而增大,但当温度高于270℃时,会促进热降解反应,使聚酯黏度不升反降;270℃下增黏时间与相对分子质量呈正相关关系,且增黏后大分子链所占比例减小,分子量分布变宽;随着增黏反应时间的延长,低聚物总含量减小;相对分子质量的增大及副反应中小分子的生成是导致结晶温度与熔点降低的主要原因。涤纶废丝粉末可在270℃下50 min后增黏到1.0 dL/g以上,对其熔融增黏反应的探究可为涤纶废丝的绿色高价值回收及应用提供参考。

全龄人工饲料育与桑叶育蚕茧质量及生丝性能比较

为探究不同饲育方式对蚕茧质量、生丝品质及生丝结构与性能的影响,采用单因素方差分析,考察全龄人工饲料育蚕茧与桑叶育蚕茧各项性能指标的差异显著性,并进行对比分析。结果表明:在外观形态方面,全龄人工饲料育与桑叶育蚕茧的外观均为椭圆形,桑叶育蚕茧的茧幅较大;在蚕茧质量方面,全龄人工饲料育蚕茧全茧质量和茧层质量较低,但茧层率较高;生丝品质方面,全龄人工饲料育蚕茧的茧丝长和解舒率低于桑叶育蚕茧,万米吊糙次数高于桑叶育蚕茧,影响缫丝过程中生丝的产量和质量;另外,是否工厂化养蚕也会对全龄人工饲料育蚕茧的蚕茧质量、生丝品质产生影响,工厂化全龄人工饲料育蚕茧的综合性能优于非工厂化全龄人工饲料育蚕茧;在生丝结构与性能方面,全龄人工饲料育生丝含胶率较高,通过丝胶的黏附作用,全龄人工饲料育生丝表面的各根茧丝黏合更紧密,且生丝的二级结构没有明显不同。

钛磷催化剂的制备及其在PET合成中的应用

钛系催化剂兼具绿色、高效等优点,在替代锑系催化剂上拥有广阔的前景。为探究自制钛磷催化剂在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)缩聚过程中的催化性能,利用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析催化剂结构。此外,通过超高效聚合物色谱-多角度激光光散射仪-示差折射仪联用(APC-MALLS-RID)以及差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)表征所合成PET的分子量和热性能。结果表明:钛磷催化剂钛质量分数为17.10%;FT-IR谱图中,催化剂1567 cm^(-1)和1438 cm^(-1)位置出现了羧基中C=O的对称伸缩振动和反对称伸缩振动,羟基(—OH)的拉伸振动峰出现在3424 cm^(-1)附近,证明催化剂中Ti离子和配体之间发生强烈相互作用,钛离子被成功配位;钛磷催化剂在催化预聚物反应180 min后可获得重均分子量为57240 g mol的PET。DSC和TG实验结果表明,钛磷催化剂所制备的PET相比锑系催化剂热稳定性更优。

涤纶FDY纺丝油剂的研究进展

为了跟踪涤纶FDY纺丝油剂的行业动态,为相关研发人员提供参考,文章综述了国内外涤纶FDY纺丝油剂的研发进展。首先,介绍了涤纶FDY纺丝油剂生产中所采用的关键油剂单体的研发状况,主要包括平滑剂、乳化剂、润湿剂、集束剂、抗静电剂等;其次,探讨了国内外主要涤纶FDY纺丝油剂产品的研究和应用情况,并对不同产品性能特点进行了对比;最后,展望了涤纶FDY纺丝油剂的未来发展趋势。随着全球环保意识的增强和技术的创新,未来的纺丝油剂产品将朝着环保型、原油型、专用型等方向发展。

端氨基含量对PA 6非等温结晶动力学的影响

为探究端氨基含量对聚酰胺6(PA 6)非等温结晶动力学的影响,以端氨基含量分别为57.5,70.7,83.4 mmol/kg的PA 6(相对黏度均为2.8)为研究对象,使用热重分析仪测试PA 6的热稳定性,利用差示扫描量热仪研究不同冷却速率(∅)下PA 6的非等温结晶过程,通过Jeziorny法和莫志深法修正的Avrami方程对PA 6的非等温结晶动力学进行分析,并运用Kissinger方程计算PA 6的非等温结晶活化能(△E)。结果表明:不同端氨基含量PA 6均具有较高的热稳定性,且随着端氨基含量增加,热稳定性逐渐提高;随着∅的增大,不同端氨基含量PA 6的结晶区间均有向低温区移动的趋势;PA 6晶体以二维片状和三维球晶共存的方式进行生长,且端氨基含量较高的PA 6更倾向于以三维球晶的形式进行生长,端氨基含量的增加对PA 6的结晶过程具有促进作用;莫志深法修正的Avrami方程能很好地描述结晶过程,单位时间内PA 6的结晶度与∅成正比;随着端氨基含量的增加,PA 6非等温结晶活化能增大,结晶过程释放的热量增加,分子链的运动能力增强,结晶速率更大,结晶能力更强。

单体和低聚物的含量对聚酰胺6切片性能的影响

采用溶解/沉淀法对聚酰胺6(PA6)中的单体及低聚物进行提取,利用液相色谱/飞行时间质谱/二极管阵列检测器(LC-TOF-MS-PDA)和聚合物色谱/多角度激光散射/示差折光检测器(APC-MALLS-RID)联用方法测定PA6中单体和低聚物含量、低聚物组成及PA6的分子量和分布;通过热重分析仪、差示扫描量热仪和二维广角X射线衍射仪分析PA6切片中单体低聚物含量对切片热性能和结晶性能的影响。结果表明:物理再生PA6(pr-PA6)和化学再生PA6(cr-PA6)中单体及环状低聚物含量分别为2.079%和1.578%,比原生PA6(PA6)分别高0.683%和0.182%,其中再生PA6切片中单体、环状二聚体和环状三聚体含量高于原生PA6切片。PA6、pr-PA6和cr-PA6的分子量分别为19620、20840 g/mol和22210 g/mol,分子量分布系数分别为1.47、1.56和1.49;三种PA6切片的最大分解温度无明显变化。与原生PA6切片相比,再生PA6切片的结晶峰温度向高温区偏移,结晶温度从PA6的176℃增加至pr-PA6的185℃,且pr-PA6和cr-PA6切片中α晶型的相对含量增加。该研究可为提高PA6材料的热性能及结晶性能提供理论基础。

分子量对PA6非等温结晶动力学的影响

利用差示扫描量热仪研究了在不同降温速率(∅)下数均分子量为15600、20100和34000 g/mol的聚酰胺6(PA6)的非等温结晶动力学。通过Jeziorny法和莫志深法修正的Avrami方程对PA6的非等温结晶动力学进行分析,并运用Kissinger方程计算PA6的非等温结晶活化能(ΔE)。结果表明:随着∅的增大,不同分子量的PA6的结晶区间均向低温区移动,结晶起始温度(T_(o))、结晶峰温度(T_(c))和结晶焓(ΔH c)均逐渐下降;PA6的晶体以二维生长为主,且随着分子量的增加,PA6的结晶速率先减小后增大;莫志深法修正的Avrami方程能很好的描述PA6的结晶过程,在同一结晶度下,随着分子量的增加,PA6的冷却函数值(F(T))先增大后减小;随着分子量的增加,PA6的ΔE绝对值呈现出先增大后减小的趋势。

单宁酸对丝素蛋白二级结构的影响作用研究

蛋白质的二级结构是其发挥生物功能的重要基础结构,因此本文通过单宁酸和丝素蛋白反应,研究不同摩尔浓度的单宁酸对丝素蛋白二级结构的影响。使用紫外可见光吸收光谱(UV-Vis)、荧光发射光谱(FL)和傅里叶红外吸收光谱(FTIR)等表征技术对单宁酸与丝素蛋白的反应产物进行测试,结果表明单宁酸可以影响丝素蛋白的二级构象,并呈现一定的变化趋势。单宁酸摩尔浓度逐渐增加到20μmol/L时,α螺旋和无规卷曲结构逐渐增多,β折叠结构逐渐减少。单宁酸摩尔浓度继续上升,α螺旋和无规卷曲结构逐渐减少,β折叠结构逐渐增多。

静态混合器内分散相混合性能数值模拟

为了解决熔体纺丝过程中由于在线添加颗粒引起的熔体品质降低与混合性能变差的问题,采用有限元法针对不同结构与工艺参数的静态混合器进行了建模与求解,得到了后处理结果。同时,为了定量表征其混合性能,采用示踪粒子技术求解了分离尺度、停留时间分布以及最大剪切应力的累积概率函数并对其进行统计学分析。结果表明:长径比由1升高到1.75时,管道内压力降由0.52 MPa上升至0.62 MPa,分离尺度差异不大,停留时间峰值逐渐减小,最大剪切应力大于5 kPa的概率提升到78%。进口流量从2×10^(-5)m^(3)/s提升到8×10^(-5)m^(3)/s,熔体的压力降从0.52 MPa上升至2.00 MPa,分离尺度变化较小,停留时间的峰值变高,最大剪切应力大于10 kPa的概率达到83%。

纳米银添食对家蚕茧丝结构与性能的影响

为进一步探索添食喂育法改性蚕丝的产业化可行性,选用纳米银(silver nanoparticles,AgNPs)作为添食材料,探究家蚕对AgNPs的吸收转化情况,并以普通桑叶饲喂得到的茧丝作为对照,研究改性茧丝的形貌、氨基酸组成、二级结构、结晶结构、力学性能、热学性能以及抗菌性能的变化。结果表明,AgNPs在家蚕体内转化率不高,大部分被排泄至体外,茧衣中AgNPs含量较高,茧层中AgNPs含量不高且受饲喂量影响。AgNPs添食喂育后,茧丝的表面形貌发生变化,且随添食量的增加变得愈加粗糙。茧丝氨基酸组成变化明显,疏水性与酸性氨基酸含量增加,甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸等主要位于结晶区的氨基酸含量减少。改性后的茧丝基本结构及热学性能未发生改变,其力学性能及抗菌性能可在一定的添食条件下提高。研究结果可为AgNPs添食喂育法的科学研究与生产应用提供参考。

送茧小车翻斗装置的设计与仿真

为解决缫丝企业煮熟茧在输送过程中存在的劳动强度大、输送效率低、待缫时间长等问题,设计了一种无人化自动输送装置。该装置利用固定轨道为输送路径,智能输送小车作为载体,采用输送小车的茧斗机构实现煮熟茧装载、输送和倒茧工作。通过减速电机和传动机构驱动茧斗的翻转,实现倒茧动作和倒茧后茧斗的复位动作,传动机构由齿轮和凸轮间歇机构组成。文章详细分析了装置的工作原理、凸轮设计计算过程、机构的传动路线和基于工程力学进行的主要结构安全性分析,并通过计算机辅助分析验证了机构的可行性。该装置改变了缫丝企业煮熟茧的输送方式,可实现送茧小车自动为缫丝机加茧功能。

配位环境对有机钛化合物催化聚酯缩聚反应的影响

为探究不同配位环境下有机钛化合物在聚酯缩聚反应过程中的催化性能,采用密度泛函理论(DFT)并结合对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)合成聚酯的反应动力学实验,对四甲基酚合钛(Ti·[C_(7)H_(7)O]_(4),Cat1)、乙酰丙酮氧化钛(TiO·[C_(5)H_(7)O_(2)]_(2),Cat2)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(C_(51)H_(112)O_(22)P_(6)Ti,Cat3)3种有机钛化合物进行研究,分析配位基团的电子效应和空间位阻对有机钛催化活性的耦合影响。DFT计算结果表明,3种活性种的中心钛原子的Hirshfeld电荷数值分别为0.661、0.524、0.600,其亲电能力从大到小的顺序为Cat1、Cat3、Cat2。结构分析结果表明,中心钛原子的配位空间从大到小的顺序为Cat2、Cat1、Cat3。催化反应动力学实验表明,Cat1、Cat2、Cat3催化BHET合成聚酯的反应活化能分别为72.41、80.16、102.47 kJ mol,Cat1的催化活性最高,说明配位基团的电子效应和空间位阻共同影响钛催化剂的催化活性。研究结果可为钛系催化剂的设计及调控提供一定的理论基础和参考依据。

活性碳纤维-聚合铁酞菁/过氧化氢催化体系对高氯盐废水中磺胺氯哒嗪的降解

为降解高氯盐废水中抗生素类有机污染物,以活性碳纤维(ACF)为载体,经一步煅烧法将聚合铁酞菁(FePPc)负载到ACF上制备催化剂(记作ACF-FePPc),并通过ACF-FePPc活化H_(2)O_(2),构建ACF-FePPc/H_(2)O_(2)催化体系。利用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等分析ACF-FePPc的微观形貌、晶体结构和表面元素分布。模拟高氯盐下ACF-FePPc活化H_(2)O_(2)降解磺胺氯哒嗪(SCP)的实验,并通过电子顺磁共振技术及自由基捕获实验分析ACF-FePPc催化机理。结果表明:FePPc均匀分散到ACF表面,避免了FePPc在催化过程中的团聚现象;相比于FePPc,ACF-FePPc催化剂可获得更好的热稳定性以及更大的比表面积;ACF-FePPc可在180 min内对高氯盐下SCP的降解率达到98%以上,且pH适用范围较宽、循环利用性好;ACF-FePPc活化H_(2)O_(2)生成的·OH是降解SCP的主要活性种,同时·OH和Cl-互相作用产生的HOCl·^(-)和Cl·对SCP也具有破坏作用。该催化剂制备工艺简单且具备高效催化性能,为后续处理高氯盐废水中抗生素类有机污染物提供了一种新思路。

温敏水凝胶负载锌酞菁对α-萘酚的吸附及光催化性能

采用差示扫描量热仪研究了聚(N-异丙基丙烯酰胺)温敏水凝胶负载锌酞菁(GE-ZnPc)的温敏性能,测得其体积相转变温度(VPTT)为34.3℃。以α-萘酚为研究对象,考察了不同温度下GE-ZnPc对α-萘酚的吸附性能,发现该吸附过程符合Freundlich吸附模型。吸附热力学研究结果表明,在VPTT以下是吸热反应,温度升高有利于吸附;在VPTT以上是放热反应,温度升高不利于吸附。另外,还研究了GE-ZnPc对水溶液中α-萘酚的光催化氧化情况,发现其在可见光照射下具有较高的光催化活性,并且考察了温度对GE-ZnPc光催化性能的影响,发现其吸附和光催化活性都是在VPTT附近达到最高,说明吸附作用对其光催化性能的提高起重要作用。

活性碳纤维负载钴酞菁催化氧化2-巯基乙醇的研究

将四(2,4-二氯-1,3,5-三嗪基)氨基钴酞菁以共价键形式键合在活性碳纤维(ACF)载体上,制得了活性碳纤维负载钴酞菁催化剂(ACF-CoPc),采用热重分析、原子吸收光谱和氮气等温吸附法对其进行了表征。原子吸收光谱测得金属酞菁的负载量为5.26μmol/g。氮气等温吸附法测得ACF-CoPc的比表面积为1235.9m2/g,孔径分布以2nm左右的小孔为主。以2-巯基乙醇为催化对象,采用超高效液相色谱研究了ACF-CoPc的催化氧化性能。结果表明ACF-CoPc对2-巯基乙醇具有很好的催化氧化性能,反应4h时对2-巯基乙醇的去除率高达100%,氧化产物为2,2’-二硫二乙醇。而且催化剂ACF-CoPc经6次循环使用后,对2-巯基乙醇的去除率没有持续下降,这表明该催化剂具有良好的重复使用性。

活性炭纤维负载金属铂的制备及催化氧化甲醛

针对甲醛污染问题,研制了一种去除甲醛的催化纤维。利用硼氢化钠还原法制备了活性炭纤维(ACFs)载铂(Pt)催化剂(Pt/ACFs),采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附等温线等方法对其进行了表征。Pt/ACFs对甲醛的催化性能结果表明,Pt/ACFs对甲醛具有良好的催化氧化性能,反应9 h后甲醛的去除率可达96.5%,并将甲醛矿化为二氧化碳,且具有较好的重复使用性能。此外,Pt/ACFs在室温下同样能有效净化空气中的甲醛,并且可矿化为二氧化碳。