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)成為一個重要方向，目前對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，對紡程上梯度形貌演變的研究鮮有報道，而熔融紡絲經(jīng)歷了噴絲孔道中的剪切流場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。本文在以下幾個方面展開工作并形成結(jié)論：
　?。?）對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和紡程上的單軸拉伸流場共同作用形成，但分散相形變的梯度分布主要在單軸拉伸流

4、場中形成。在紡程上單軸拉伸流場中，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，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)生的聚并會弱化這一形變程度的徑向差異。
　　（3）基于熔紡動力學(xué)和熱力學(xué)，計(jì)算絲條溫度、運(yùn)動速度和拉伸應(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單軸拉伸流場中液滴形變模型能較為準(zhǔn)確地預(yù)測分散相液滴的形變程度沿紡程的演變。
　　（4）利用分散相液滴