凝膠紡聚乙烯醇改性纖維的制備及其性能研究.pdf

1、聚乙烯醇(PVA)是一種柔性鏈聚合物，具有良好耐酸堿和耐候性，廣泛應(yīng)用在薄膜與化纖行業(yè)。PVA縮甲醛化得到的纖維，商品名為維綸，在20世紀(jì)70年代前大量應(yīng)用在服裝行業(yè)，隨著更加適合服裝行業(yè)的滌綸的發(fā)展，維綸被逐漸淘汰。高強(qiáng)高模 PVA纖維，除了具有強(qiáng)度高模量大的優(yōu)點(diǎn)，還具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如良好的耐候性、與基體材料良好的親和性等。PVA的理論強(qiáng)度和模量分別為208cN/dtex和1988cN/dtex，而目前商品高強(qiáng)高模PVA纖維的強(qiáng)

2、度和模量分別為21.1cN/dtex和600cN/dtex，因此高強(qiáng)高模PVA纖維的強(qiáng)度還可以進(jìn)一步提高。本文研究了紡絲工藝對(duì)PVA纖維性能的影響；分別采用I2/KI溶液改性PVA凝膠絲條，制備了碘改性的高強(qiáng)高模PVA纖維(I-PVA)；采用凝膠紡絲法制備了含有氧化石墨烯的PVA纖維，并研究了其紡絲工藝。
　　論文首先就凝膠紡PVA纖維的紡絲工藝進(jìn)行了研究，主要研究了凝固浴溫度、噴頭拉伸、空氣預(yù)拉伸和熱拉伸對(duì)纖維性能的影響。結(jié)果表

3、明：凝固浴溫度對(duì)纖維性能有較大影響，PVA纖維在25℃的乙醇中能夠凝固成型，但纖維呈乳白色，該溫度下得到的初生纖維力學(xué)性能和拉伸性能較差，當(dāng)凝固浴溫度低于10℃后，初生纖維呈無(wú)色透明狀。噴頭拉伸Φ=0的初生纖維具有最大的拉伸性能。PVA初生纖維，先進(jìn)行一次空氣預(yù)拉伸再熱拉伸，比PVA初生纖維直接熱拉伸，具有更大的拉伸倍率。熱拉伸的倍數(shù)隨空氣預(yù)拉伸的倍數(shù)增大而減少，總的拉伸倍數(shù)隨空氣預(yù)拉伸的增大，呈先增加后減少的趨勢(shì)，當(dāng)空氣預(yù)拉伸倍數(shù)為3

4、倍的時(shí)候，具有最大的總拉伸倍數(shù)，最大總拉伸倍數(shù)為30倍。溫度對(duì)熱拉伸有較大影響，在180℃~220℃的范圍內(nèi)，熱拉伸倍數(shù)隨溫度的增加呈先增大后減少的趨勢(shì)，在200℃的時(shí)候具有最大的熱拉伸倍數(shù)，當(dāng)溫度超過(guò)210℃PVA纖維會(huì)發(fā)黃。PVA纖維的強(qiáng)度與模量與總拉伸倍數(shù)呈正相關(guān)，PVA纖維先經(jīng)過(guò)3倍的空氣預(yù)拉伸，然后在200℃拉伸10倍，具有最高的強(qiáng)度和模量，強(qiáng)度和模量分別為13.4cN/dtex和103cN/dtex。
　　其次，采用了

5、I2/KI溶液對(duì)PVA凝膠絲條進(jìn)行了改性(I-PVA)，并探討了I2/KI溶液濃度、空氣預(yù)拉伸、熱拉伸PVA纖維拉伸性能的影響。結(jié)果表明：I2/KI溶液改性PVA纖維，PVA分子間的氫作用變?nèi)酰w維的拉伸能力變強(qiáng)，I-PVA纖維的熱穩(wěn)定性比PVA纖維的熱穩(wěn)定性有所下降。I2/KI溶液濃度在0.01mol/L~0.2mol/L范圍內(nèi)，I-PVA纖維的拉伸能力隨I濃度的增加而增加，當(dāng)I2/KI溶液濃度為0.1mol/L時(shí)，I-PVA纖維具有

6、最大的拉伸倍數(shù)，最大拉伸倍數(shù)為36倍，比PVA纖維的最大拉伸倍數(shù)提高了20％?？諝忸A(yù)拉伸對(duì)I-PVA纖維和PVA纖維具有相同的影響，兩者均為空氣預(yù)拉伸倍數(shù)為3倍時(shí)，具有最大的總拉伸倍數(shù)。熱拉伸溫度對(duì)I-PVA纖維和PVA纖維的影響具有較大差別，I-PVA纖維的最佳拉伸溫度為150℃，比PVA纖維的最佳拉伸溫度降低了50℃。改性后兩種纖維的結(jié)晶度基本沒(méi)有區(qū)別，但改性后I-PVA的取向要比PVA纖維大。
　　最后，研究了氧化石墨烯(G

7、O)與PVA共混凝膠紡絲的工藝。研究了GO含量、凝固浴溫度、噴頭拉伸、空氣預(yù)拉伸和熱拉伸對(duì)GO改性PVA纖維(GO/PVA)性能的影響。結(jié)果表明：GO含量為0.1%的GO-PVA纖維具有最好的拉伸性能。GO改性纖維，比未改性的具有更好的耐熱性，在43℃之前GO改性PVA纖維與未改性PVA纖維的儲(chǔ)能模量差不多，但是在溫度高于43℃，GO改性PVA具有更高的儲(chǔ)能模量。凝固浴溫度、噴頭拉伸、空氣預(yù)拉伸和熱拉伸對(duì)GO/PVA纖維與PVA纖維具有