芳綸纖維結構特點與成紙性能之間的關系研究.pdf

1、芳綸纖維是上個世紀60年代末一種芳香族聚酰胺纖維，自問世以來，以其優(yōu)異的機械性能、耐熱性能、阻燃性能、電氣絕緣性能及耐溶劑等性能而廣泛應用于航空、航天、國防、電子、通訊、環(huán)保、化工和海洋開發(fā)等軍民兩用領域。芳綸紙作為芳綸纖維高端應用領域中的一種片材，如何充分利用芳綸纖維優(yōu)異的物化結構性能成為提高其性能和產品檔次的關鍵。近年來，在芳綸聚合物合成工藝以及芳綸纖維紡絲工藝過程中，LiCl/極性溶劑體系的應用逐漸顯露其優(yōu)點。此外，該溶劑體系還能

2、夠為芳綸纖維分子量等二級結構與性能的研究打下基礎。本課題從芳綸纖維在LiCl/極性溶劑中的溶解性能入手，研究了芳綸纖維內聚能密度、分子量及其分布，結晶度等結構與熱壓光過程中芳綸纖維耐熱性能的關系；以及芳綸紙熱壓光過程中纖維表面、界面與成紙性能的關系。其中主要結論如下： 芳綸纖維在LiCl/DMAc溶劑體系中的溶解性能比在LiCl/DMF系統中優(yōu)越。當LiCl在DMAc中質量濃度達5％時，纖維溶解性能較強，此時的溶解液容納水的能力

3、也較高，溶解液的穩(wěn)定性較好；溶解溫度越高，纖維濃度越低，LiCl濃度越高，溶解性能則越強。然而溫度過高時溶解液中由于NH2存在而使溶液顏色變深，適宜的溶解溫度范圍是80℃～110℃。溶解破壞了芳綸纖維分子鏈間氫鍵而破壞其凝聚態(tài)結構，纖維初始結晶度下降明顯，而化學組成并無明顯變化。 確定了芳綸紙纖維分離的新方法及其工藝。利用芳綸短纖維與漿粕的溶解性能巨大差異，依照減量計算方法得出Nomex未壓芳綸紙中漿粕與短纖維的配比約為1.53

4、:1。 確定了芳綸纖維結構與溶解性能的關系。芳綸纖維結構中分子量與結晶度是影響溶解性能的主要因素，其中結晶度影響更為顯著。隨著結晶度提高，內聚能密度增大，纖維分子鏈間等作用力也隨之增強。 確定了芳綸纖維結構與耐熱性能的關系。其一，確定了熱壓光對芳綸纖維粘度及對粘均分子量、內聚能密度，結晶度與玻璃化溫度等結構性能的影響。結果顯示：熱壓光導致芳綸纖維粘度、粘均分子量顯著下降，而使其內聚能密度，結晶度與玻璃化溫度提高。其二，由

5、GPC-MALLS分析得知，造紙用芳綸纖維短纖維及漿粕的重均分子量10～15萬，多分散系數在1～2。XRD分析表明，芳綸短纖維結晶度高于漿粕，漿粕呈現非晶態(tài)結構。由DSC-TG熱分析可得，芳綸短纖維只出現裂解吸熱峰，其他特征溫度不很明顯。相對而言，芳綸漿粕具有明顯的玻璃化轉變溫度(起始于270℃左右)與冷結晶放熱峰(起始于300℃左右)。芳綸纖維分子量越大、分子量分散系數越小以及冷結晶度越高，其裂解溫度越高，其中纖維冷結晶能力取決于初始

6、結構特點。纖維熱裂解導致低分子量級分增多，顏色變深，纖維裂解開始前結晶度越高，則裂解峰積分強度越大。纖維熱失重率隨平均分子量增大、分子量分散系數減小而減少，然而纖維熱失重大小并不取決于熱裂解程度。 確定了芳綸纖維及漿粕表面能與其之間的粘接以及復合紙性能的關系并顯示：芳綸纖維及漿粕的表面能為35～45mJ/m-2。其中，芳綸短纖維表面能稍高于芳綸漿粕，這使得芳綸短纖維在熱壓光過程中被芳綸漿粕潤濕。纖維表面能越高越利于其表面可潤濕性