共混熔紡中梯度相結(jié)構(gòu)沿紡程的演變及其機(jī)理研究.pdf

1、在纖維改性研究中纖維的功能梯度化已經(jīng)成為一個(gè)重要方向，目前對(duì)功能梯度纖維的研究主要集中在卷繞絲中分散相的形貌的觀測(cè)，對(duì)紡程上梯度形貌演變的研究鮮有報(bào)道，而熔融紡絲經(jīng)歷了噴絲孔道中的剪切流場(chǎng)和出噴絲孔后的非等溫單軸拉伸過程，所以研究熔紡中不相容多相聚合物中分散相形貌沿紡程演變對(duì)于共混纖維的梯度結(jié)構(gòu)的可控制備具有重要意義，另一方面，分散相的形態(tài)沿紡程形變機(jī)理的研究也是對(duì)聚合物加工流變學(xué)基本理論的補(bǔ)充和拓展。故本文以PP/PS共混纖維作為研究

2、對(duì)象，研究共混熔紡中梯度結(jié)構(gòu)沿紡程的演變及其梯度結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。本文在以下幾個(gè)方面展開工作并形成結(jié)論：
　?。?）對(duì)原材料聚合物的拉伸流變性能進(jìn)行了表征，確定了其表觀拉伸粘度與拉伸應(yīng)變速率和溫度的關(guān)系。研究表明，PP和PS均表現(xiàn)出表觀拉伸粘度隨著拉伸速率的增大而降低，出現(xiàn)“拉伸變稀”的現(xiàn)象。在相同拉伸應(yīng)變速率下，PS的粘流活化能明顯大于 PP的粘流活化能，說明 PS熔體粘度對(duì)溫度的敏感性更高。PP和PS的拉伸粘流活化能和指前因子與

3、拉伸速率的雙對(duì)數(shù)值之間呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。在相同的拉伸速率下，溫度越高，表觀拉伸粘度比越高。提高拉伸速率，表觀拉伸粘度比對(duì)溫度的敏感性增強(qiáng)。
　?。?）采用紡程取樣的方法，獲得了不同紡絲速度下，不同紡程位置的共混纖維，通過掃描電子顯微鏡對(duì)共混纖維形貌進(jìn)行了表征，系統(tǒng)研究分散相梯度結(jié)構(gòu)在紡程上的發(fā)展演變。研究表明，共混熔紡纖維中梯度相結(jié)構(gòu)由噴絲孔道中的剪切流場(chǎng)和紡程上的單軸拉伸流場(chǎng)共同作用形成，但分散相形變的梯度分布主要在單軸拉伸流

4、場(chǎng)中形成。在紡程上單軸拉伸流場(chǎng)中，分散相數(shù)目沿纖維徑向呈現(xiàn)內(nèi)密外疏的梯度分布，并且這一差異沿著紡程不斷增大；分散相在紡程0~60cm區(qū)域內(nèi)發(fā)生形變，低紡速下（125~500m/min）分散相直徑逐漸減小，當(dāng)紡絲速度達(dá)到1000m/min時(shí)，分散相直徑在0~20cm區(qū)域減小，在20~60cm區(qū)域增加，表明分散相液滴在此區(qū)域發(fā)生了明顯的聚并，且在纖維表層各個(gè)紡速下分散相都呈現(xiàn)不同程度的聚并現(xiàn)象；在共混纖維中呈現(xiàn)中心層分散相液滴形變程度大表層

5、形變程度小的梯度差異，但高紡速下發(fā)生的聚并會(huì)弱化這一形變程度的徑向差異。
　?。?）基于熔紡動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)，計(jì)算絲條溫度、運(yùn)動(dòng)速度和拉伸應(yīng)變速率沿紡程的分布，結(jié)合液滴形變理論和共混高聚的流變性質(zhì)來研究共混纖維分散相形變機(jī)理。結(jié)果表明，分散相形變程度沿徑向的差異實(shí)際上是熔紡紡程上熔體細(xì)流中的徑向溫度差造成的；利用 Delaby單軸拉伸流場(chǎng)中液滴形變模型能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)分散相液滴的形變程度沿紡程的演變。
　?。?）利用分散相液滴