聚氯乙烯纤维熔融纺丝及其结构与性能

为了通过熔融纺丝方法制备出性能优良的聚氯乙烯(PVC)纤维,在聚氯乙烯粉体共混改性造粒的基础上,调整熔融纺丝的工艺参数,研究纺丝温度和牵伸倍数等工艺条件对纤维结构与性能的影响,并对纤维的断裂强度、断裂伸长率、取向度、表面形貌、截面形貌以及耐酸、碱腐蚀性能、阻燃性能进行测试分析。结果表明:当喷丝板距离水浴1 cm距离、螺杆温度为160℃、喷丝板温度为190℃、热水浴温度为60℃、计量泵压力为2 MPa、牵伸倍数为4倍时,制得的PVC纤维性能较好,其断裂强度、断裂伸长率、线密度分别为1.16 cN/dtex、32.1%、12 tex,并且具有优异的耐酸、碱腐蚀性能和阻燃性能。研究结果为制备高性能的PVC纤维提供了一种新的方法。

高性能聚苯硫醚长丝的制备工艺

采用熔融纺丝方法通过纺丝组件的设计制备了高性能聚苯硫醚(PPS)长丝,确定了原料干燥、熔融、喷丝及缓冷区温度和吹风等条件的工艺参数,探讨了纺丝温度、纺丝速度、牵伸温度、定型温度、牵伸倍数等纺丝工艺参数对PPS纤维可纺性和力学性能的影响,确定了最佳纺丝加工工艺参数。结果表明,喷丝时初始压力控制在12 MPa以上,PPS螺杆挤出机各区温度分别为310,320,320,325,330℃,纺丝温度为300~315℃,缓冷区温度为295~310℃,纺丝速度为2 650 m/min,总牵伸倍数为4.9倍,第一热辊、第二热辊和第三热辊温度分别为95,110℃和140℃,制得规格为299 dtex/48 f PPS纤维具有良好的可纺性和优异的力学性能,拉伸断裂强度和断裂伸长率分别可达4.04 cN/dtex和16.4%。

POM 纤维的产业化开发

为实现聚甲醛(POM)纤维的产业化,以国产POM树脂为原料进行改性,采用二步法纺丝工艺,自主设计加工成套设备,生产POM纤维,探讨了熔融纺丝工艺条件,并对纤维结构与性能进行了表征。结果表明:选择改性POM的结晶度为71.93%,具有较好的可纺性;当拉伸倍数为7.3时,生产的POM纤维拉伸强度达825.5 MPa,弹性模量达6.61 GPa,且纤维表面光滑,耐碱性优良;通过优化控制纺丝及拉伸工艺条件,成功实现了POM纤维的产业化。

玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维的制备及其力学性能

为探索玻璃和聚丙烯两相间的界面结合效果和长期稳定性,实现玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维的产业化制备,采用不同质量分数的玻璃纤维(增强剂)和聚丙烯接枝马来酸酐(相容剂),以及玻璃纤维表面改性和不同纺丝速度等试验方案,制备玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维并研究其力学性能。通过差示扫描量热仪和熔融指数仪确定了样品的可纺性;通过红外光谱仪、扫描电镜等分析了表面改性玻璃纤维(表面改性剂为硅烷偶联剂KH550)与聚丙烯之间的界面结合机理和效果。力学测试结果表明:玻璃纤维增强聚丙烯复合纤维的拉伸强度相比纯聚丙烯纤维最多提高29.7%;相比纯聚丙烯的注塑样品,二次熔融制备的玻璃纤维增强聚丙烯注塑样品的拉伸强度、弯曲模量、抗冲击强度分别提高29.2%、37.5%、22.3%。

热塑性淀粉共混改性PBAT纤维的制备及其性能研究

针对聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)在熔融纺丝时易发生热熔黏连、纤维强度低等问题,通过共混改性的方法引入热塑性淀粉(TPS),制备了TPS质量分数为1%、5%、10%的PBAT/TPS共混切片及共混纤维,对PBAT/TPS共混切片的稳定性、熔融结晶性能及共混纤维的形貌结构、力学性能和回弹性能进行了表征。结果表明:质量分数为1%、5%的TPS能够在PBAT中实现均匀分散,且TPS在PBAT中能够起到结晶成核剂的作用,提升PBAT结晶温度与结晶速率,同时TPS的多羟基结构能够连接起PBAT的分子链,提升PBAT熔体的稳定性与可纺性;在共混纺丝中,添加TPS质量分数为1%、拉伸倍数为2.4时,PBAT/TPS共混纤维表现出较好的力学性能及回弹性能,断裂强度达2.2 cN/dtex,断裂伸长率为96.8%,在30%定伸长下弹性回复率达97.67%。

聚乳酸/百里酚抗菌纤维的制备与性能

为开发一种绿色环保可降解的抗菌纤维,将具有良好生物可降解性的聚乳酸(PLA)与天然抗菌剂百里酚采用温控共混装置混合均匀后,利用熔融纺丝法制备PLA抗菌纤维。借助扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、单纤维强力测试仪及综合热分析仪等研究了不同质量分数百里酚对PLA抗菌纤维表观形貌、化学结构、结晶结构、热学以及力学性能的影响,并利用振荡烧瓶法测试纤维的抗菌性能。结果表明:在成纤过程中,百里酚会附着在纤维外表面发挥抗菌作用;随着百里酚质量分数的增加,PLA抗菌纤维的热分解温度和熔融温度逐渐降低,断裂伸长率先增加后缓慢减小,最高可达320.98%,是纯PLA纤维的50~90倍;另外,随着百里酚质量分数的增加,PLA抗菌纤维的结晶度逐渐增大;当百里酚质量分数大于15%时,PLA抗菌纤维的抑菌率达到99.99%以上,可完全抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长。

光致变色聚乳酸纤维的纺制及其微观结构与性能

为得到兼具光致变色性能与力学性能的光致变色聚乳酸(PLA)纤维,将PLA和光致变色微胶囊通过熔体纺丝及热拉伸工艺制备出光致变色PLA纤维,并系统分析了纤维的形貌、结晶及热学性能,着重研究了光致变色微胶囊对纤维力学及可逆变色行为的影响,揭示纤维性能差异对其内部结构的影响。结果表明:光致变色PLA纤维的断裂强度随着光致变色微胶囊质量分数的增加而减小,结晶度呈先上升后下降趋势,当光致变色微胶囊质量分数为2%时具有与纯PLA相当的断裂强度,为4.15 cN/dtex,且结晶度达到最大55.42%;光致变色PLA纤维的光致变色性能呈现出高灵敏度、优异褪色性及光稳定性,且变色强度随光致变色微胶囊质量分数的增加而提高,但非线性上升,通过调整光致变色微胶囊的质量分数,可以达到纤维变色功能与力学性能兼具的目标。

生物基聚酰胺510 POY纺丝成形工艺研究

以相对黏度2.5的生物基聚酰胺510(PA 510)为原料,通过高速纺丝制备PA 510预取向丝(POY),分析了PA 510的热性能,重点研究了PA 510切片干燥条件、纺丝温度、冷却条件、集束位置及卷绕速度对PA 510 POY纺丝成形稳定性的影响,并对PA 510 POY的力学性能进行表征。结果表明:PA 510的熔融峰值温度为217.3℃,PA 510的纺丝温度应高于218℃且低于其分解温度;在干燥温度80℃、干燥时间10 h的条件下,PA 510切片干燥后的含水率为265μg/g,满足纺丝工艺要求;控制纺丝温度252~254℃,侧吹风温度20℃、相对湿度大于等于85%、速度0.45 m/s,集束点距喷丝板距离900 mm,卷绕速度4300 m/min,纺丝稳定,卷绕成形好,制得的88 dtex/24 f PA 510 POY的断裂强度4.21 cN/dtex、断裂伸长率64.45%、条干不匀率1.01%。

聚甲醛纤维的制备及其力学性能研究

采用双螺杆熔融纺丝制得聚甲醛（POM）卷绕丝，通过水浴拉伸卷绕制得聚甲醛纤维。利用声速取向测试仪研究了拉伸对纤维取向的影响；利用纤维强度仪测量了纤维的力学性能。研究了拉伸温度、热定形条件、酸碱性环境对纤维力学性能的影响。结果表明：拉伸倍数增大，POM纤维的取向度、断裂强度、模量增大，断裂伸长率减小；控制水浴拉伸温度在80～95℃为宜；紧张热定形有利于提高纤维力学性能。制得的聚甲醛纤维耐碱性优良，有一定的耐酸性能。

光/生物双降解聚乙烯纤维的结构与性能

为得到具有光和生物双降解性及一定力学强度的纤维,通过熔融纺丝法纺制了光/生物双降解聚乙烯纤维。利用单纤维强力仪测定了纤维的力学性能,结果表明,光/生物双降解聚乙烯纤维的断裂强度与常规聚乙烯纤维相近,具备一定的力学性能。通过实验室紫外光老化降解和土埋生物降解实验,研究了纤维的光降解性和生物降解性,结果表明:随着紫外光照射时间的延长,光/生物双降解纤维的降解率增大,明显高于低密度聚乙烯纤维;随生物降解时间的延长,纤维的降解率逐渐增大,最大降解率为27.65%。

低熔点共聚酯的流变性能及其皮芯复合纺丝研究

对熔点为168．6℃的低熔点共聚酯（LPET）和常规纤维级聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的流变性能进行分析，结合LPET和PET熔体在喷丝板出口处的剪切速率（γ.）以及不同温度下二者表观黏度的匹配程度，确定了皮芯复合纺丝最佳工艺条件，并对纤维性能进行了研究。结果表明：LPET在247～251℃下与PET在292～296℃下的熔体非牛顿指数和结构化程度相近；LPET的非牛顿指数和结构黏度指数受温度的影响比PET敏感，LPET的黏流活化能受γ.的影响比 PET 敏感；当 mLPET：mPET 为3：7，螺杆温度进料段LPET为220℃、PET为280℃，压缩段 LPET 为245℃、PET 为285℃，均化段 LPET 温度245℃、PET 为296℃，箱体温度为293℃，复合纺丝所得纤维在95℃下进行拉伸1．3～1．8倍，制得LPET／PET皮芯复合纤维的断裂强度为2．98 cN／dtex，断裂伸长率为28．86％，且纤维的皮芯结构明显，热熔粘结效果较好。

淀粉基可生物降解纤维的结构与性能

采用熔融纺丝法制备了淀粉基可生物降解纤维,利用差示扫描量热仪(DSC)、热分析仪(TG)以及单纤维强力仪等对纤维的热性能和力学性能进行了研究,借助数码相机以及环境扫描电子显微镜(SEM)对降解前后纤维样品的形貌特征进行了研究,通过土埋生物降解实验,研究了纤维的生物降解性能。结果表明,淀粉基可生物降解纤维具有较高的断裂强度与断裂伸长率;随生物降解时间的延长,降解率逐步增加,力学性能逐渐下降;纤维颜色逐渐变为褐色甚至黑色,纤维表面有微孔、裂缝出现,100天能达到完全降解,表明该纤维具有优异的可生物降解性。

熔融纺丝法制备聚醚砜纤维

将聚醚砜(PES)树脂进行熔融纺丝,制得PES纤维,对PES树脂的可纺性、PES纤维的拉伸条件、力学性能、热性能、阻燃性能进行了研究。结果表明：PES树脂在熔融温度380℃,卷绕速度300m/min的条件下,可纺性较好；PES纤维适合在较低温度和较低速度下拉伸,在30℃下低速拉伸,PES纤维可拉伸3倍,其强度可达2．30cN/dtex；PES纤维的热稳定较好,其初生纤维的起始分解温度为442．15℃；PES纤维的阻燃性能较好,极限氧指数为26．9%。

熔纺聚乳酸纤维的结构与性能研究

通过熔融纺丝法制备了生物可降解左旋聚乳酸(PLLA)纤维,对纤维进行了拉伸和热定型等后处理,用电子单纤维强力仪和X-射线衍射仪研究了PLLA纤维的力学性能和结晶性能,讨论了纺丝温度、拉伸倍数、定型时间和定型温度等对纤维力学性能的影响。结果表明,当纺丝温度为200℃时,纤维可纺性最好。当拉伸倍数为4倍,热定型温度为60℃,定型时间为30min时,PLLA纤维具有最佳的力学性能,其晶区具有α晶型结构。

聚酯/液晶聚合物共混纤维的热处理

采用Ｘ射线衍射法、双折射法以及声速法研究了ＰＥＴ及其与液晶聚合物（ＬＣＰ）的共混初生纤维以及经过热处理后纤维的结晶结构和取向结构，并用应力－应变（Ｓ－Ｓ）法测定其断裂强度和初始模量。结果表明，ＬＣＰ的加入使初生纤维取向度和结晶度均下降，而喷头拉伸率增大则使共混初生纤维的结晶度和取向度均提高；由较大喷丝头拉伸率得到的共混纤维经热处理后取向度下降，而结晶度增大；当ＬＣＰ含量大于或等于１０％时，经热处理后共混纤维取向度下降；纤维２１０℃热处理后的晶粒尺寸明显大于１８０℃处理的，且前者的纤维各晶面的晶粒尺寸随着ＬＣＰ加入均有增大；纯ＰＥＴ纤维经热处理后力学性能提高，而ＰＥＴ／ＬＣＰ共混纤维热处理前后力学性能则呈较复杂的变化。

聚丙烯纤维熔法纺丝综合实验设计

纺织工程专业本科实验教学从自身专业特色出发,不断强化产业、工程实践能力训练,逐步推进实验教学改革,已将熔法纺丝、湿法纺丝、静电纺丝等纤维生产工艺,作为综合实验项目系统化引入本科生专业实验课程。熔融纺丝作为最常见的纤维生产工艺之一,因其工艺简单,成本较低,无溶剂回收等问题,较早得到广泛应用。聚丙烯纤维熔法纺丝实验采用聚丙烯切片为原料,切片经过熔融纺丝机组进行熔融、纺丝,让学生进一步熟悉熔法纺丝机组构成以及纺丝工艺参数设置;将纺得的初生纤维进行截面观察,拉伸性能测试,引导学生分析纺丝拉伸倍数对其结果的影响规律及原因。

预热处理对高相对分子质量聚乙烯增塑熔纺纤维拉伸性能的影响

高相对分子质量聚乙烯的增塑熔纺,由于聚合物浓度较高,大分子缠结多,纤维超拉伸比较困难,难以达到高强度。采用预热处理的方法,改善了纤维的拉伸行为和力学性能。经WAXD、SEW分析发现,预热处理后大分子网络相互靠近,使片晶厚化,晶粒尺寸变大,而纤维结晶度有所减小,有利于超倍拉伸的进行。这里最佳热处理温度为115～130℃,最佳热处理时间为3～10 min。

石墨烯增强聚丙烯/高密度聚乙烯纤维研究

针对聚丙烯(PP)纤维拉伸强度不够高和刚性差的缺点,采用高密度聚乙烯(PE-HD)及石墨烯通过熔融法制备PP/PE-HD/石墨烯纤维;通过偏光显微镜、拉伸强度、扫描电子显微镜、差式扫描量热仪、傅里叶红外光谱仪等测试研究了石墨烯加入对PP/PE-HD纤维性能的影响。结果表明,当加入25份(质量份数,下同)PE-HD,改性纤维的拉伸强度达2.46 GPa,与PP纤维的拉伸强度相比提升了8%;当继续加入0.3份石墨烯时,PP/PE-HD/石墨烯纤维的拉伸强度比PP/PE-HD纤维提高了1.6%;加入PE-HD和石墨烯改性后,PP纤维的热稳定性改善。

医用聚L-乳酸纤维的制备及性能研究

以医用聚L-乳酸(PLLA)切片为原料,采用熔融纺丝-拉伸两步法制得医用PLLA纤维,研究了医用PLLA切片干燥工艺、纺丝温度及拉伸倍数对纺丝过程及医用PLLA纤维性能的影响。结果表明:采用阶段式升温干燥工艺,在真空干燥箱真空度为50 MPa的条件下,医用PLLA切片在70℃预结晶2 h,110℃下干燥16 h,医用PLLA切片的含水率达55μg/g;在进料温度为210℃,螺杆停留时间小于5 min,泵前压力为6 MPa,泵供量为66 mL/min,纺丝温度为240℃时,PLLA熔体通过喷丝板孔流动性好,可纺性最佳,所得PLLA初生纤维表面光滑,粗细均匀;PLLA初生纤维在90℃热水浴中进行一道拉伸,然后在100℃热空气浴进行二道拉伸,当总拉伸倍数为4.2时,所得医用PLLA纤维力学性能最佳,其断裂强度为3.40 cN/dtex、断裂伸长率为30.1%,取向因子为0.78。

凝胶染色过程中腈纶沿纺程的结构性能变化的研究

采用湿法纺丝工艺制备腈纶(即聚丙烯腈(PAN)纤维),研究了凝胶染色过程中PAN纤维在不同工序段的结构和物理性能。结果表明:沿着纺程,PAN纤维的直径逐渐减小,纤维的玻璃化转变温度和结晶度逐渐提高;在水洗后PAN纤维表面有明显的微观结构缺陷、且无定形区占比高;经过热拉伸和干燥致密化之后,纤维致密化,结晶度大大增加,凝胶染色后的PAN纤维染色均匀,且色泽良好,成品PAN纤维对羊毛、PAN纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、棉纤维、醋酯纤维的沾色牢度为4~5级;PAN纤维力学性能沿纺程变化主要取决于纺程上各工序的工艺变化,凝胶染色不影响纤维的断裂强度和断裂伸长率。