改性聚丙烯纖維的研究_圖文

1、分類號:TQ325.14密級;內(nèi)部單位代碼:10152學 號:200226大連輕工業(yè)學院碩士學位論文中文題目:改性聚丙烯纖維的研究英文題目:The Study ofModificated Polypropylene fiber系(院、所:學科、專業(yè):研究生:指導教師: 化工與材料學院確材料加工工程 王雙睿徐德增教授2005年04月摘 要摘 要1.綜述了PP纖維的主要物理、化學性能(以力學性能和染色性能為主及在工業(yè) 絲和民用絲方面的應用現(xiàn)狀,總結(jié)了目前關(guān)于PP纖維的各種改性方法、現(xiàn)存問題以及 發(fā)展前景,由此提出了本論文工作的研究目標和內(nèi)容。2.以MPP為骨架聚合物(基體,以過氧化苯甲酰(BPO為

2、引發(fā)劑,分別引發(fā) MPP上的馬來酸酐環(huán)(MA開環(huán)和PU主鏈上的C=O雙鍵生成自由基,由自由基反 應機理可將MPP與PU直接在溶液條件下進行接枝,討論了反應條件如溶劑、引發(fā)劑等 對結(jié)果的影響。對所得產(chǎn)物進行差動熱DSC和紅外光譜FTIR的分析,證實所的產(chǎn)物確 為馬來酸酐化聚丙烯接枝聚氨酯(MPP.gPU,這在目前的文獻上還未見報導,是聚丙 烯接枝聚合改性研究的一條新思路。關(guān)鍵詞:聚丙烯纖維,聚氨酯,共混改性,相容劑。斷裂強度,染色Abstractcompatibilizer,discussed the improvement and effect factor of blending modif

3、ication condition ofpolypropylene and polyurethane to polypropyleneS performance.As following is the main work:1.nlc article summarized polypropylene fibers paysics performance,chemistry perfomance (mechanics and dyeing propertyand the development of commercial fiber and civil fiber aspectand the mo

4、dification way,problem and development of polypropylene fiber and bring forward the textS goal and content according to above a11.2.With MPP as base monomer and BP0as solicitation agent,cause MPPS MA and PUs C=O to make free radical.We directly graft M【PP and PU in the solution with theory of free r

5、adical.and discuss the reaction condition such as solvent、solicitation agent mad SO on.weconfirm that this product is MPPg-PU with DSC and FTIR.this method is new way,no article has reported it.confirm that MPP-gPU is the best compatibilizer bymechanics experiment、microscope and SEM.4.PP,PU blending

6、 fiber Was prepared by melt spinning wim MPP-g-PU graft copolymer as compatibilizer.This work studied the effect to the performance of blending fiber,such as spinning temperature,composition of the blending and other process factors. Considered the effect of spinnability,rheologicai behaviour,dyeabi

7、lity,orientation degree, crystallize andmechanical property,we manufactur-ed modified polypropylene fiber with great increaseand modification in unitary property.Key words:PoIypropyIene Fiber, Compatibi I i zer.Breaki ng strength,PoIyurethane. BIending Modifioation dyei ngII關(guān)于碩士學位論文使用授權(quán)的說明論文題目:夔性塞西垣

8、紅維的嬰塞本學位論文作者完全了解大連輕工業(yè)學院有關(guān)保留、使用學位論 文的規(guī)定,大連輕工業(yè)學院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論 文的復印件和磁盤,允許論文被查閱和借閱,可以將學位論文的全部 或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等 復制手段保存、匯編學位論文,并且本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文 的內(nèi)容相一致。保密的學位論文在解密后也遵守此規(guī)定。是否保密(否,保密期至 年 月 日為止。學生簽名:導師簽名:塑塑 硒年峰月日第一章翦占第一章 前言聚丙烯(PP是由丙烯單體聚合雨成的種熱塑性通用高分子化學材料,其生產(chǎn)和 應用方式可分為化學纖維、塑料、樹脂,等等,有著巨大而廣泛的應用領(lǐng)

9、域和范圍。 在化學纖維領(lǐng)域中聚丙烯纖維(工業(yè)產(chǎn)品也稱丙綸占著極大的比重。等規(guī)聚丙烯 比重輕、無毒性、易加工、力學性能好、耐腐蝕、電絕緣性優(yōu)異。這些優(yōu)良性能使它在 裝飾、產(chǎn)業(yè)、服用三大領(lǐng)域中有著巨大的市場。但是由于等規(guī)聚丙烯本身結(jié)構(gòu)原因,純 聚丙烯纖維也存在一些致命弱點:其耐老化性差、不含活性官能團、結(jié)晶度高,造成其 染色性差、斷裂強度不高、回彈性差、手感硬、易皺、軟化點低、耐寒性、吸濕性和抗 靜電性差,從而大大限制了它在服用纖維和工業(yè)絲等方面的應用范圍和效果。隨著高分子化纖科技工作者的不斷努力和科研成果向生產(chǎn)的不斷轉(zhuǎn)化,人們一直在 進行著纖維級聚丙烯的性能改進。通過各種物理和化學的改性方法,目

10、前已研制出了多 種聚丙烯改性新品種,如高強、可染、遠紅外、阻燃、抗靜電、多孔、超細、抗紫外、 納米及其他許多的改性聚丙烯纖維。改性方法主要包含共混、增強、填充、復合、加成 核劑、納米級改性、多孔異型絲等物理改性方法和共聚、接枝、交聯(lián)、氯化等化學改性 方法。而上述這些成果大多是用的物理共混中的機械共混方法制得的,可見此方法是較 有成效的;但加入的無機物改性劑通常對體系的物理性能帶來破壞。所以,應用成纖的 高分子材料來進行共混改性既可利用共混的優(yōu)點又可避免無機物的破壞作用。對成纖材 料PET、PA6、PAN、PU等的各種物理化學性能分析對比后發(fā)現(xiàn),用PP/PU的共混改 性方法是一種新思路,有可能在

11、纖維的斷裂強度、染色性能和吸濕性能等方面獲得較為 理想的改性效果。其中,由于是兩種高分子的物理共混,所以兩組分間的相容性能是研 究的重點之一,合適的相容劑的選擇和制備是獲得性能有明顯改善的改性纖維的關(guān)鍵所 在。正由于聚雨烯纖維有著巨大的應用領(lǐng)域和范圍,開發(fā)商性能的聚丙烯必將成為化工 化纖領(lǐng)域的一次突破和飛躍:首先,我國的化纖生產(chǎn)狀況是產(chǎn)量居世界前列但水平不高, 高性能產(chǎn)品多依賴進口,高性能聚丙烯的開發(fā)將扭轉(zhuǎn)這一局面,有力地推動我國成為世 界高水平的化纖強國,具有極大的社會效益;同時,高性能的產(chǎn)品必然帶來高附加值, 并能減少進口,降低成本,這將起到巨大的經(jīng)濟作用,有著極大的經(jīng)濟效益和現(xiàn)實意義。第

12、二章文獻綜述等規(guī)聚丙烯作為聚丙烯纖維生產(chǎn)原料是意大利的納塔(Natta等人率先研制出并在 1957年實現(xiàn)的工業(yè)化生產(chǎn),而后在蒙特卡蒂尼(Montecatini公司實現(xiàn)了聚丙烯纖維的 工業(yè)化。如今,PP纖維已成為四大合纖產(chǎn)品之一,而等規(guī)聚丙烯則是化學纖維及復合 材料的重要原料。1。2.1聚丙烯纖維的應用與發(fā)展從20世紀60年代至今,聚丙烯纖維的應用與發(fā)展大致可劃分為傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)和新 技術(shù)的改進研發(fā)生產(chǎn)兩大階段。國際上從60年代至80年代中期.是聚丙烯纖維傳統(tǒng)工業(yè)的生產(chǎn)階段,我國起步晚 一些。綜合國內(nèi)國際的生產(chǎn)應用和發(fā)展主要體現(xiàn)一下幾個特征:(1生產(chǎn)和應用所投入的原料為純的等規(guī)聚丙烯的切粒,不含(

13、混有其他的添加 成份,也不包括其他立構(gòu)體的聚丙烯;(2生產(chǎn)技術(shù)和研究的重點是融體、成型和后加工過程及各段的工藝技術(shù)參數(shù)和條 件;(3隨著原料的單一性和研究技術(shù)的局限性,產(chǎn)品的品種相應也較為單一,技術(shù)含 量和性能也較低,相對而言是屬于品種少而產(chǎn)量大的生產(chǎn)。(4從應用范圍上看,工業(yè)絲產(chǎn)品占絕大部分,而服(民用絲所占比重極小。 產(chǎn)品用途包括工業(yè)用布、繩帶、土工用纖維和非織布、香煙濾嘴等工業(yè)用途:人工 草坪、墻壁裝飾織物等各種裝飾用途和理療衛(wèi)生及保健等用途,還有極少部分是服裝領(lǐng) 域如針織物的用途,等”“1。分析其原因,是由于這個階段屬聚丙烯纖維的應用開發(fā)初期,還沒有深入的技術(shù)研 究作支持,生產(chǎn)和應用只

14、能是局限在聚丙烯纖維的自身優(yōu)點方面,如相同物理機械性能 情況下聚丙烯纖維密度極小:優(yōu)良的耐化學性能,等。而其在服裝及其他民用絲領(lǐng)域的 生產(chǎn)應用極少,就是由于聚丙烯的染色性、耐光性差等自身缺點所限制。為此,高分子及化纖領(lǐng)域的科技工作者不斷試驗和深入研究,不斷提高理論水平, 開發(fā)各種技術(shù)手段,使得聚丙烯纖維的生產(chǎn)應用水平上升到一個新的臺階,進入新技術(shù) 改進的研發(fā)生產(chǎn)階段,研制出許多新產(chǎn)品,這使得在長絲的應用上丙綸將超過錦綸成為 第二大合成纖維品種”1。2在這個階段里,人們?yōu)榱丝朔郾├w維自身的諸多缺點,提高其應用性能,追求 其更高的附加價值,令其高性能化、高功能化、復合化和精細化,在原有傳統(tǒng)加工

15、技 術(shù)的基礎(chǔ)上,用各種研究方法對其進行性能改良,即在盡量保持纖維原有優(yōu)異性能的前 提下,或可賦予其新的性能,或可降低其生產(chǎn)成本,這些方法叫作聚合物改性”1,因為圇薰圖2-1聚合物改性方法分類圖Fig.21The group ofmodification method to polymer 3園團圓圓一回圉圉圈一改性纖維的性能與傳統(tǒng)加工的纖維相比,有不可比擬的創(chuàng)新,所以在化學領(lǐng)域里又稱為 差別化纖維。1。而且不僅化纖領(lǐng)域,擴展到整個高分子出材料加工領(lǐng)域,改性技術(shù)都具 是有極大的實效和意義的方法。經(jīng)過不斷研究和技術(shù)進步,現(xiàn)已研發(fā)了多種的改性技術(shù) 手段并應用在實際工業(yè)生產(chǎn)中。歸納為物理和化學兩大類9

16、”1,詳見圖2.1?；瘜W改性是指通過改變纖維大分子鏈的化學結(jié)構(gòu)來改善其性能,從反應方向和改進 點來劃分也可分為端基改性、主鏈改性、再分配反應,等。但研究到目前為止,發(fā)現(xiàn)大 分子間的這幾類化學反應技術(shù)難度大,所需條件苛刻,操作過程繁雜(光化學表面處理 法除外,并且產(chǎn)物的局限性大“”1。雖然在實驗室的研究上和理論上有了一定的突破 和成績,但是在放大到生產(chǎn)實踐中時往往可行性差。單單依靠化學改性方法還遠遠沒有 能達到人們的應用目的。而以共混為主的物理改性方法,由于是在原料中混加進別的組份,各種組份作為一 種物料是可分別進行控制和生產(chǎn)的,混合的過程是各組分的基本單元(分之子的化學結(jié) 構(gòu)沒有本質(zhì)的變化的物

17、理過程“”“3。所以,物理改性比化學改性容易進行,使聚丙烯 性能改善也較為明顯,推廣容易,從工業(yè)化的生產(chǎn)角度看,能達到更高的投入產(chǎn)出比, 經(jīng)濟效益是十分明顯的。產(chǎn)品的應用領(lǐng)域更為廣闊,纖維的品種有BCF、短纖、長絲、 紡粘/熔噴非織造布、膜裂纖維、濾嘴材料,應用于繩、網(wǎng)、吸油材料等方面:工、農(nóng)業(yè) 產(chǎn)業(yè)用布、過濾布、包裝袋:土工、建材、車用(無紡布:防護服、衛(wèi)生及醫(yī)療用; 地毯、貼墻布、裝飾用:內(nèi)衣、運動衣、防寒服,等等。2.2聚丙烯纖維的新產(chǎn)品及現(xiàn)存問題截止今日,國內(nèi)國外的科技工作者運用前面所介紹的各種科研和生產(chǎn)方法,紡制出 來了許許多多種聚丙烯纖維,有更高性能的和更高功能的纖維。大致可將這些

18、不同性能 的聚丙烯纖維產(chǎn)品概括為以下幾類。由于加工方式和改進的機理不同,這些新產(chǎn)品的 PP纖維也并不具有很完善的性能,還存在許多的問題,仍需要不斷改進。高強聚丙烯纖維作為工業(yè)產(chǎn)品時常稱為高強丙綸絲或丙綸強力絲。用傳統(tǒng)的生產(chǎn)工 藝,通過提高后加工拉伸來達到提高纖維的斷裂強度目的。經(jīng)過多年的生產(chǎn)技術(shù)積累, 目前在實際生產(chǎn)應用中能達到的最大強度約為78cNdtex。1“”;實驗機產(chǎn)品可考的最大4塑三蘭壅塑望墮 值為1.2GPam,。由于在理論上沒有新發(fā)展,以這種方式紡制的聚丙烯纖維的強度很難再 有更大的突破。由于工藝過程是采用后加工的多級拉伸,伴隨每多一級的拉伸,生產(chǎn)成 本增長巨大,這極大地降低了生

19、產(chǎn)效益。同時,由于在紡制過程中沒有其他的改善環(huán)節(jié), 產(chǎn)品仍無法消除聚丙烯的其他缺點,尤其是染色的問題,這使得產(chǎn)品的應用仍收到了很 大的限制。后來人們又結(jié)合共混改性新技術(shù),試著開發(fā)有色高強丙綸絲,即在紡絲前將所要求 顏色的母粒混入聚丙烯料粒中進行紡絲,但強度值明顯受到影響,結(jié)果并不令人滿意。 之后這方面的研究一直未有更大進展。聚丙烯纖維分子鏈上沒有親染料基團,而分子的聚集結(jié)構(gòu)又極為緊密,這使得聚丙 烯纖維的染色變得極為困難,目前工業(yè)化的產(chǎn)品大都通過紡前著色而獲得色絲。這一問 題極大地限制了聚丙烯纖維的服用性能和范圍。經(jīng)過改性研究,紡制出多種的可染聚丙 烯纖維,大致可區(qū)分成兩類:一類是通過化學改性

20、、即通過接枝共聚將含有親染料基團 的聚合物或單體接枝到聚丙烯分子鏈上”,使其獲得可燃性;另類是屬于物理改性機 理、即通過共混紡絲破壞和降低聚丙烯大分子間的緊密聚集結(jié)構(gòu),使含有親染料基團的 聚合物混到聚丙烯纖維內(nèi)部,在纖維內(nèi)形成一些具有高界面能的亞微觀不連續(xù)點,使染 料能夠順利地滲透到纖維中去并與親染料基團結(jié)合”“。目前開發(fā)的產(chǎn)品有通過共混復合纖維”、共聚物、金屬化合物,等物理改性和表面 氯化、磺化、氧化、磷化m“”,等化學改性方法紡制的各類可染聚丙烯纖維。然而,上述 的各種可染聚丙烯纖維都具有共同的缺點,一是改性目的單一、即只有染色性能的改善 而無其他方面的優(yōu)化;二是實際上產(chǎn)品因為加入不同的組

21、成,使得聚丙烯纖維的物理機 械性能都有不同程度的下降。同時,印染業(yè)內(nèi)的工作者也另辟方向,通過專用染料的分子設(shè)計合成和開發(fā)特殊的 染色工藝來解決此問題。張淑芬、劉俊龍等研發(fā)出專門適用于未改性丙綸的專用染料”1, Cho Sungmi等人用超臨界C02染色工藝o”并結(jié)合葸醌系分散染料,對丙綸纖維進行染 色加工,也獲得了聚丙烯色絲。但此類方法未能改善聚丙烯本身的問題,治標不治本, 且所用染料在工藝和色澤上都有極大的局限性。近幾年來,隨著人們對衛(wèi)生保健要求的提高,遠紅外聚丙烯纖維的開發(fā)和研究取得 5第二章文獻綜述了一定的成果。將陶瓷超細粉末混入聚丙烯可以紡制出遠紅外敏感纖維,該纖維可吸收 和放射出波長

22、大致在4141sm的遠紅外線,這既使織物提高了保暖作用,又贏接促進了 人體的血液循環(huán),產(chǎn)生強身健體的作用“:同時,織物的射線對細菌也能起到一定的抑 制作用,又有衛(wèi)生保健的功用啪,。聚丙烯纖維織成的織物比較易燃,這一點限制了它的使用范圍,阻燃的聚丙烯纖維 是所人們追求的。目前研發(fā)的共混阻燃改性是選用溴系、磷系或含氮阻燃劑或它們的復 合物與聚丙烯預先制成阻燃母粒,在紡絲時按工藝要求以一定的比例與聚丙烯切粒共 混,進行熔融紡絲。燃燒時,聚丙烯形成碳質(zhì)焦炭以阻止與氧氣接觸達到阻燃目的。也 有用磷與鹵素協(xié)同作用或采用三氧化二銻與鹵素協(xié)同作用的阻燃機理。加入的無機成份在阻燃的同時,Olgao”等人研究發(fā)現(xiàn)

23、,這些阻燃的聚丙烯纖維還具 有抗紫外線的功能。但是共混的無機成份對聚丙烯的物理機械性能起到了破壞的作用, Marosio”等人總結(jié)了聚烯烴的各種阻燃改性方式和制品屆發(fā)現(xiàn),阻燃的聚丙烯的物理性 能的降低使得其應用效果大打折扣,滿足不了人們的使用要求。聚丙烯大分子鏈為非極性,纖維的吸濕性能差,再加之比重較輕,這使得聚丙烯纖 維制品的靜電積累問題嚴重,紡絲卷繞操作時易纏輥;工業(yè)品容易產(chǎn)生高壓靜電,服用 品則出現(xiàn)靜電吸附的現(xiàn)象,影響了操作和使用。將抗靜電劑加入聚丙烯切粒中混合后,紡制成纖維,抗靜電劑分布到聚丙烯纖維的 基體中,使纖維具有抗靜電作用。目前抗靜電劑研制出許多種類,從機理上大體可分兩 類:一

24、是有導電作用的碳或石墨類;另一類是表面活性劑類,這類以各種能夠產(chǎn)生電離 作用的陰離子鹽為主,還包含有極性基團的脂肪類酯、醚和胺。當離子化基團或極性基 團的離子或電子吸濕、傳導時,構(gòu)成了泄漏電荷的通道,達到抗靜電的目的3。目前研制的抗靜電纖維存在著突出的兩個缺欠,一是不耐水洗,即多次水洗后的抗 6第二章義獻綜述靜電能力下降較大,耐水洗性羞”:二是加入抗靜電劑后影響了纖維的力學性能, Li.Chensha?！钡热搜芯坑没烊胛⒓毜奶祭w維管作為抗靜電劑以替代碳黑,即提高了抗靜 電性,但是仍然有對纖維力學性能的破壞作用。烯烴有類似的物理化學性能,通過共聚或共混得到的烯烴共混物或混合體系仍具有 良好的可紡

25、性,用烯烴共混物或其共混體系紡絲可以改善通常用等規(guī)聚丙烯單一種類的 纖維的性能。使不同(熔融指數(shù)MI的聚丙烯(PP或聚乙烯(PE與不同的烯烴(較常用 的為聚乙烯混合,可得到各種特色的聚丙烯纖維,如同本的窒素公司研制的用PE/PP、 改性PE/PP、改性PP/PP的復合纖維生產(chǎn)的Es纖維、EA纖維、EPC纖維,等。賀燕?！?等人研究的用PE/PP共混物紡制聚丙烯纖維,通過控制紡絲卷繞工藝和兩種物料的配 比,可以得到可紡性和力學性能較好的聚丙烯纖維,這是由于烯烴類共聚或其共聚物的 共混可以綜合各類均聚物組分各自的性能。用加入以PE為主的烯烴,通過共聚或共混方式對聚丙烯進行改性的研究,目前以 塑料工

26、業(yè)為主,在化纖紡絲的研究上仍有較大的問題。Marosi”在較早時期就發(fā)現(xiàn),烯 烴類共混改性的聚丙烯纖維在共混兩相的界面結(jié)構(gòu)上與單一的聚丙烯有極大的不同,這 有利于紡絲和拉伸,可以紡制力學性能有所改善的聚丙烯纖維。但由于沒有引入極性的 基團,烯烴類的改性仍是非極性的體系,因而在聚丙烯的染色、抗靜電、吸濕等許多缺 欠上的改善并無收獲。若在此共混體系中再加入其他的添加改性劑,則多相的體系的相 容性和微相結(jié)構(gòu)都變得復雜而不易控制,所以此種方法的研究也沒有大的突破,在工業(yè) 生產(chǎn)中的應用也難以推廣和發(fā)展。多孔的聚丙烯纖維及其中空纖維,因其孔徑小,孔隙率高,所產(chǎn)生的特殊物理吸附 效應,可以用作多種行業(yè)的過慮

27、吸附材料。Li Mei1等人和同本宇部公司用共混改性方 法先進行聚丙烯熔融紡絲,之后再分別進行熱拉伸、冷拉伸處理,最后除去混入的輔助 成份,可制得有較高孔隙率的多孔性中空聚丙烯纖維。這種纖維比表面積大,能瞬時吸 收、吸附各種物質(zhì),可用于清除液體中的不溶性物質(zhì)和物質(zhì)中的臭氣、異味,等。Moeder“” 等人受1j用生物酶的降解作用來制取多孔性的中空聚丙烯纖維,并制成吸附膜。聚丙烯纖維因其耐酸堿、抗腐蝕、對化學穩(wěn)定性好、無毒性、不發(fā)霉,較之其他化 纖品種更適于作吸附材料。這種吸附功能并非是聚丙烯本身的因素,而是多孔的物理功7第二章文獻綜述能。所以對于聚丙烯纖維而言,這種新功能的開發(fā)并未能有效改善聚

28、丙烯纖維本身的任 何缺欠。顯然,在聚丙烯纖維的研究領(lǐng)域里,對聚丙烯纖維的改性研究僅僅在多孔性這 方面作文章是不夠的。前面所提及的聚丙烯改性纖維大多是在工業(yè)絲方面所做的研發(fā)和探究,而在民用方 面的開發(fā)相對較少。由此,研制出超細聚丙烯纖維可以滿足服用長絲方面的一定需要。 超細及特細的聚丙烯纖維指其單絲纖度低于O.5dtex,纖維的直徑小于5岍l。這樣, 用超細聚丙烯纖維作為服用材料具有密度小、手感好、靜電小、保暖等優(yōu)點,此外,超 細的纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一些特殊的性能:是有特殊光澤,酷似真絲;二是有“芯吸”效 應,因而吸濕及疏水性好。超細聚丙烯纖維基于上述一些優(yōu)點,是制作內(nèi)衣及運動服的 理想材料,如著名

29、的“ADlDAS”運動服、美國軍用內(nèi)衣等都采用了超細的丙綸長絲。 同時,超細聚丙烯纖維制品作為氣懸體的優(yōu)良過濾介質(zhì),在防止空氣污染裝置、卷煙過 濾嘴、采礦、醫(yī)藥及工業(yè)用濾網(wǎng)、飲料的微過濾裝置等方面得到廣泛應用。在超細的聚丙烯纖維具有許多新功能的同時,也存在著嚴重的不足,這就是聚丙烯 的最大缺點之一,即強度不理想,在紡絲工藝上表現(xiàn)為可紡性低“。這大大限制了其應 用,尤其是在工業(yè)上的應用。所以,要想有效使用超細的新功能則必須對聚丙烯進行增 強改進。控紫外線性能是改性聚丙烯纖維的一種新功能。今年來大氣臭氧層日益遭到嚴重破 壞,到達地面的紫外線強度增加,對人體健康危害明顯增大。在服用纖維作織物方面研

30、發(fā)了防紫外線的性能。用共混紡絲方式在纖維中添加具有優(yōu)良防紫外線輻射功能的無機 粒子,以提高纖維防紫外線輻射性能是較好的一種方法,常用的功能粒子有Ti02、ZnO、 A1203等“4無機金屬氧化物。許云勇“”等人用兩種粒子按一定比例混合作為防紫外線遮 蔽材料,紡制細旦丙綸,獲得了防紫外線效果很好的聚丙烯纖維材料。混入含有上述無 機金屬氧化物粒子的高嶺土、蒙脫土(MMT進行共混改性,也可獲得控紫外線功能。最 近,共混蒙脫土的研究在其他化學纖維領(lǐng)域多一些,與聚丙烯纖維進行共混改性的成果 不多,只有Zhang Xiuqin等人“研究了MMT/PP共混纖維的紡絲,發(fā)現(xiàn)可以紡制具有 控紫外線功能的改性聚丙

31、烯纖維。然而,混入的無機金屬氧化物粒子影響了聚丙烯纖維的可紡性和物理機械性能,降 8低了聚丙烯纖維的斷裂強度、使得紡絲工藝變得難以調(diào)控,在給予聚丙烯纖維新功能的 同時,卻將聚丙烯纖維的缺點加以放大了,這一點是不理想的。納米技術(shù)及納米材料科學是近些年來正在迅速發(fā)展的門新興技術(shù)和科學,在化學 纖維的功能化方面有著很廣的研究和應用范圍。納米粒子因其表面效應、體積效應、量 子尺寸效應和隧道效應的奇特性質(zhì),為納米改性纖維技術(shù)的應用奠定了基礎(chǔ)。研制納米級纖維是應用納米技術(shù)開發(fā)功能化化學纖維的主要途徑之一。由于納米技 術(shù)本質(zhì)上是一種納米級控制單個原子、分子的制造技術(shù),所以可以預先確定纖維的功能 和使用目的,

32、之后用納米技術(shù)改造大分子鏈段,控制纖維大分子的超分子結(jié)構(gòu),按要求 來合成纖維,直接得到具有所需功能的纖維。就目前所能達到的程度看,這是理論上可 行的,但實際操作上受技術(shù)和設(shè)備、儀器等的條件限制,因此產(chǎn)品遠不能達到設(shè)計要求。 共混納米添加材料“”是開發(fā)納米纖維的另一個途徑,也是目前較有可行性的技術(shù)。 在化纖聚合、熔融階段或紡絲工序中加入功能性納米材料粉體,使生產(chǎn)出的化學纖維具 有某些特殊的性能。與普通添加物比,納米粉料從均勻性、穩(wěn)定性、可紡性、功能性等 方面都有較大的提高。因此,前述的多種改性纖維,如抗靜電、可染、阻燃、遠紅外、 抗射線等改性的聚丙烯纖維都可以用添加納米級改性劑進行紡制,今年來以

33、共混蒙脫土 納米材料的研究較多。納米改性技術(shù)中化學纖維應用中現(xiàn)存的一個突出難題是它的分散性差,這是由于納 米尺寸的粒子的自凝聚效應,如Sang Youngyeo等人“61在研究用納米銀共混聚丙烯制備 抗菌纖維時發(fā)現(xiàn),納米銀的自聚是影響纖維性能的最大問題。這使得納米改性纖維產(chǎn)品 達不到其設(shè)計的性能目標。而且,制備的生產(chǎn)工藝過程繁雜,成本高,這些都是納米改 性纖維實際應用的障礙。納米改性技術(shù)也是一種同用的技術(shù),除聚丙烯外,可同樣用于其他幾種聚合物纖維, 由此,克服和提高聚丙烯纖維的功能技術(shù)仍不能單單局限于納米改性技術(shù)。除上述的幾大類改性纖維以外,還有一些用物理、化學改性方式制得的改性聚丙烯 纖維,

34、有:(1用物理方法紡制的纖維截面特殊的異形聚丙烯纖維和三維卷曲纖維;(2共混添加具有抑菌作用的有機、無機抗菌劑紡制的抗菌聚丙烯纖維;9(3添加硫化鋅或稀土鋁酸鹽等發(fā)光材料制成的發(fā)光聚丙烯纖維;(4加入熒光粉制成的熒光防偽聚丙烯纖維;(5添加驅(qū)蚊劑制成具有避蚊功能的聚丙烯纖維;(6添加電磁波衰減吸波超微粉體共混紡制的電磁屏蔽改性丙綸纖維;(7添加磁粉制成磁性聚丙烯改性纖維;(8添加結(jié)晶控制劑和光穩(wěn)定劑對高等規(guī)度N.PP改性,制成力學性能好的抗紫外線 聚丙烯纖維;(9加入成核劑控制結(jié)晶制得的高收縮性聚丙烯纖維:00日本三菱人造絲公司研制的低溫紡制、原液著色、高耐光性的環(huán)保型聚丙烯纖維; nD用輝光

35、放電等離子體對聚丙烯表面改性獲得的抗靜電、可染聚丙烯改性纖維。 O乃用氯化劑對聚丙烯改性制成氯化聚丙烯纖維提高了聚丙烯纖維的染色性能。分析截止到目前的各種改性聚丙烯纖維的研究成果及產(chǎn)品,有以下幾個問題:一是 絕大多數(shù)的改性方式是共混改性,以無機物為主的共混添加劑在纖維的徑向上起到雜質(zhì) 的破壞作用,使得制取纖維的可紡性下降,最為嚴重的是降低了聚丙烯纖維產(chǎn)品的物理 機械性能,這對其應用產(chǎn)生了較大的不良影響;二是改性的效果有很大的局限性,不論 是克服聚丙烯的原缺欠,還是獲取新功能,其效果很單一,即改性效果只是一、兩個性 能或功能的變化,對于聚丙烯纖維自身所存在的諸多缺點而言,沒有能夠同時改善多個 缺

36、欠、全面提高聚丙烯纖維的性能:同時,改善的性能適于工業(yè)用絲則不適于服用。反 之,適于民用的纖維又不適于工業(yè)用,其使用范圍也是有所限制。所以說改性效果局限 大,不夠全面。這兩點是目前看來改性聚丙烯纖維所存在的最大問題。2.3聚合物共混改性的機理和研究對改性聚丙烯纖維的諸多研究成果進行歸納和分析后發(fā)現(xiàn),共混改性方法是各種改 性研究中最多的方法。如果從改性方法廣義的范圍看,增強、復合、填充、9hA成核劑 以及納米法,都是屬于共混改性方法。這個現(xiàn)象絕非偶然發(fā)生的,必定有其邏輯規(guī)律, 由此,對共混改性方法應做更為深入的研究。10Gordon早在對聚丙烯的研究中指出,高分子聚合物中,聚丙烯的化學穩(wěn)定性是非

37、 常好的m1,同其他大分子及低分子有機物相比,單純使用化學改性的方法(典型的如接枝、 交聯(lián)等對聚丙烯進行改良是十分困難和有限的。由此,人們紛紛以共混改性為主的物 理方法對聚丙烯進行各種改性研究。聚合物的共混改性技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域也概括稱為ABC技術(shù),即合金化(Alloy、共 混(Blend和復合(Composite技術(shù)“,共混的組分有無機物,聚合物共混類,也有聚 合物/聚合物共混。前面討論總結(jié)的聚丙烯纖維的改性成果大都是依靠添加無機成份來實 現(xiàn),這類改性的一個相同點是針對性強而普遍性差。所以,研究應用聚合物類的共混改 性具有更大的普遍性。聚合物共混的本意是指兩種或兩種以上聚合物經(jīng)混合制成宏觀均勻的

38、材料的過程。 在聚合物共混發(fā)展的過程中,其內(nèi)容又被不斷拓寬。廣義的共混包括物理共混、化學共 混和物理/化學共混。物理/化學共混則是在物理共混的過程中發(fā)生某些化學反應,一 般是在共混改性領(lǐng)域中研究最多的。共混改性可以在密煉機、擠出機等聚合物加工設(shè)備中完成,工藝過程易于實施和調(diào) 控。可供配對共混的聚合物又多種多樣,就為共混改性的科學研究和工業(yè)應用提供了頗 為廣闊的運作空間:將不同性能的聚合物共混,可以大幅度地提高聚合物的性能。聚臺 物的增韌改性,就是共混改性的一個頗為成功的范例,諸多具有卓越韌性的材料通過共 混改性的方式破制造出來,并獲得廣泛的應用。聚合物共混還可以使共混組分在性能上 實現(xiàn)互補,開

39、發(fā)出綜合性能優(yōu)越的材料。對于某些高聚物性能上的不足,譬如耐高溫聚 合物加工流動性差,也可以通過共混加以改善。將價格昂貴的聚合物與價格低廉的聚合 物共混,若能不降低或只是少量降低前者的性能,則成為降低成本的極好的途徑。由于 以上的諸多優(yōu)越性,共混改性在近幾十年來一直是高分子材料科學研究和工業(yè)應用的一 個頗為熱門的領(lǐng)域啪。由此達到的共識是麩混改性技術(shù),其開發(fā)周期短、消耗少、操作 簡單、生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率高、制品的物理性能可達到一定的應用要求。因此,共混改性是利用 現(xiàn)有高分子材料開發(fā)新型材料的實用有效的方法因而發(fā)展十分迅速?！?。聚合物共混與高分子合金的概念在對于聚合物共混進行探討之前,首先應該對聚合 物共混

40、的研究領(lǐng)域作出一個界定。首先,按最寬泛的聚合物共混概念,共混改性包括了 物理共混和物理/化學共混兩大類型。這其中,物理共混就是通常意義上的“混合”, 物理化學共混(就是通常所稱的反應共混是在物理共混的過程中伴隨有化學反應的發(fā) 生,按其加工方式麗言總體上可附屬于物理共混。因此,本文在聚合物共混改性的范圍第二章文獻綜述內(nèi)研究的是物理共混和附屬于物理共混的物理化學共混。由此,可對聚合物共混作出如 下定義:聚合物共混,是指兩種或兩種以上聚合物經(jīng)混合制成宏觀均勻物質(zhì)的過程。共 混的產(chǎn)物稱為聚合物共混物。對這一聚合物共混的概念可以加以延伸,使聚合物共混的 概念擴展到附屬于物理共混的物理化學共混的范躊,即指

41、含多種組分的聚合物均相或多 相體系,包括聚合物共混物和嵌段、接枝共聚物的產(chǎn)生。聚合物的大分子結(jié)構(gòu)較復雜,在聚合物的共混改性過程中往往不單單只有某一種共 混方式,而常常是產(chǎn)生多種共混狀態(tài),單一共混組分和反應生成的聚合物(如生成接枝 或交聯(lián)共聚物幾種共混物同時存在。在組分的相態(tài)上、分子的結(jié)晶和取向等的聚集態(tài) 結(jié)構(gòu)上也出現(xiàn)較單一組分更為復雜的狀況。“。目前的研究還僅僅是就共混組分的具體結(jié) 構(gòu)而能得出的分析,更普遍和更規(guī)律的機理還不夠完善。雖然如此,仍不可否認的在聚 合物共混改性的深入研究過程中,也已經(jīng)研制出許多的有實用價值得成果,證明了這一 方向的正確,應繼續(xù)研究下去。共混改性的方法按共混時物料的物

42、理狀態(tài)分為機械共混、溶液共混、乳液共混和網(wǎng) 絡(luò)互穿IPN四種(見圖2.1。在化學纖維長絲的紡絲生產(chǎn)中機械共混的生產(chǎn)方式主要是熔融紡絲時的物料切粒 共混,即將聚合物組分加熱到熔融狀態(tài)后進行共混,是應用極為廣泛的一種共混方法o“。 熔融共混是采用密煉機、開煉機、擠出機等加工機械進行的,是一種機械混和物料的方 法,所以說機械共混,主要就是指熔融共混。工業(yè)應用的絕大多數(shù)聚合物共混物都是用 熔融共混(機械共混的方法制備的。溶液共混與熔融共混不同,溶液共混主要應用于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。溶液共混是將聚合 物組分溶于溶劑后,進行共混。該方法具有簡便易行、用料量少等特點,特別適合于在 實驗室中進行的某些基礎(chǔ)研究工作。

43、需要指出的是,經(jīng)溶液共混制各的樣品,其形態(tài)和 性能與熔融共混的樣品是有較大差異的。另外.溶液共混法也可以用于工業(yè)上一些溶液 型涂料或粘合劑的制備,以塑料行業(yè)的應用較為廣泛,化學纖維應用領(lǐng)域則較少,聚丙 烯纖維生產(chǎn)工藝不用。乳液共混是將兩種或兩種以上的聚合物乳液進行共混的方法。應用于橡膠生產(chǎn)和研 究領(lǐng)域。若聚合物的混合產(chǎn)物是以乳液形態(tài)存在側(cè)可用溶液共混的改性方法。在聚丙烯 纖維的改性研究中目前沒有應用。互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物(IPN是指由兩種或兩種以上交聯(lián)聚合物組成的新型聚合物合金。 關(guān)于聚丙烯的IPN相關(guān)研究目前還未有見到報導,這是因為聚丙烯的大分子結(jié)構(gòu)決定其12難以與其他的聚合物形成IPN結(jié)構(gòu)。熔融

44、共混是最具工業(yè)應用價值的共混方法,是本文對聚合物共混改性探討所用的研 究方法。研討用聚合物共混方法對聚丙烯纖維進行改性,就必須對共混組分進行研究和分 析。應用在化學纖維領(lǐng)域的成纖聚合物,也就是化纖行業(yè)的幾大類品種,除去丙綸(PP 外主要有滌綸(PET,PBT,PTT、錦綸(PA6/PA66、腈綸(PAN、氨綸(Pu等。由 于各類內(nèi)的化學結(jié)構(gòu)具有一定的相近性,聚酯類滌綸的以PET作為代表進行研究:同樣, 錦綸類的以PA6為代表來研究;氨綸類以TDI聚酯類代表。上述幾類聚合物的化學結(jié) 構(gòu)歸納見表2一l。表2.1主要成纖聚合物的化學結(jié)構(gòu)表。. !:!生!:墨坐!型!塾蟲簍垡塵!巴!壁!j型!壅i!堡

45、E!生磐!:類別 學 名 主要重復單元的化學結(jié)構(gòu)式這幾類成纖聚合物的紡制生產(chǎn)工藝已經(jīng)較為清晰成熟,是當前已經(jīng)工業(yè)化的主要幾 類化學纖維產(chǎn)品,用于作聚丙烯纖維的改性研究具有較大的實際借鑒作用和實踐生產(chǎn)可 行性,通過對比分析,可以為本論文成果的工業(yè)化生產(chǎn)提供直接的理論依據(jù)。同時,與 其他特殊的化纖品種對比而言,這些產(chǎn)品的性能和價格的比值也有較好的經(jīng)濟優(yōu)勢,使 得研究成果即有科研價值又有工業(yè)生產(chǎn)價值。它們的主要物理化學性能和參數(shù)見下表。 文獻報道的聚丙烯的玻璃化溫度Tg有不同的數(shù)值,纖維級聚丙烯的強根據(jù)測試方 法而有不同的值,其范圍約在一3025之間,而不是某一個固定值,所以上表中未寫 出。另外,強

46、度、可染等性能為幾類成纖聚合物的性能對比狀況。13第二章文獻綜述表2-2主要成纖聚合物的物理化學性能及參數(shù)表!:!:;:!墜!P垃墅!翌堡垃:!塹!i!i生塑!P堅!磐堡!然翌!塾!Z!i!蘭E!理! 類別 TTm/'C Tc/。C 溶解度參數(shù) 斷裂強度 可染性 吸濕性 回彈性合成纖維材料科學發(fā)展至今,已生產(chǎn)開發(fā)出的化學纖維品種有數(shù)十種,除上述幾大 類以外,其余的在工藝、性能、用途等方面尚不普及,在合成纖維領(lǐng)域所占的比例低, 本文不進行討論。PET(聚對苯二甲酸乙二酯為線型大分子,沒有大的支鏈,易于沿著纖維拉伸方 向取向而平行排列。PET纖維強度較高,不易染色,回潮率低,吸濕性和導電性

47、能差, 除耐堿性差以外,耐其他試劑性能均較優(yōu)良。PET纖維用熔融紡絲方式進行成型加工,所以可以用PET與PP共混進行纖維改性。 Marcinci等人“”經(jīng)過研究后發(fā)現(xiàn),PET組分的加入,改變了PP的結(jié)晶形態(tài),但是兩組 分的相容性不理想,基本呈現(xiàn)不相容的兩相。由于兩組分的溶解度參數(shù)(表2-2中單位 為(4.2J/cm3“2差略大,聚合物熱力學相容性不好,所以PET在PP主體內(nèi)呈微纖狀。 但這起到了增塑作用,降低了聚丙烯纖維的硬度,提高了手感和柔軟性。較多的研究成 果是用改性的PET再與PP纖維進行共混改性。如用coP(-S03Na的共聚酯1對PP纖 維進行共混改性而提高吸濕性;用可染共聚酯對PP

48、纖維共混改性以提高可染性:用易 水解聚酯(EHDPET與PP共混紡制超細的PP纖維,等。郭靜等人阻1研究了改性PET/PP 的熔體流變性能,證實共混物具有成纖性能。但由于PET與PP在結(jié)構(gòu)和性能上的差異互補性不高,聚合物熱力學、相態(tài)學和工 藝相容性都不好,所以用純PET的共混改性所得的改性效果不大;共混的改性PET對14第二章文獻綜述聚酰胺纖維的纖維大分子主鏈由酰胺鍵一CONH一連接,目前工業(yè)化生產(chǎn)及應用最 廣泛的是PA6(聚己內(nèi)酰胺和PA66。PA6纖維斷裂強度大,高彈性能,吸濕性能較好, 染色性能好,耐熱性能好。PA6纖維也用熔體紡絲方式進行成型加工,所以可以用PA6與PP共混進行纖維改

49、性。利用PA6優(yōu)異的綜合性能和分子鏈上的極性基團,寄以改善PP纖維的力學性能、 吸濕性和染色性等。PA6與PP大分子在結(jié)構(gòu)和性能上的互補性交強,這是研究它們共 混改性的可行性理論基礎(chǔ)。由于PA6與PP的溶解度參數(shù)差不符合熱力學相容條件,所 以需要對兩組分進行增容。當前關(guān)于PM,A6共混的研究較多,研發(fā)的相容劑主要以含 有酸酐、羧基、酯基和N一羥甲基酰胺基等的共聚物為主5。其中,馬來酸酐化聚丙烯 (MPP或聚丙烯接枝馬來酸酐PPgMAH的研究最多,由于MPP與PP大分子的 相容性高,而且又可與PA6發(fā)生接枝反應,大大增加了PP/PA6共混體系的相容性“6。 PA6/PP共混改性研究應用主要在塑料

50、材料領(lǐng)域,在化纖紡絲加工應用領(lǐng)域的研究 相對而言較少,相關(guān)的研究成果和纖維長絲產(chǎn)品也鮮有報導。張秀芹”等人研究了 PP/PA6共混物的相容性和可紡性,發(fā)現(xiàn)組分的組成配比對最大噴絲頭拉伸比會產(chǎn)生較 大的影響,但沒有對紡制的共混纖維的物理和化學性能進行測試。許多研究發(fā)現(xiàn)PA6組分的加入對PP材料的可染性能有一定的改善,并提高了PP材料的強度和韌性。但纖 維的成型加工和應用在強度上的要求是軸向而非徑向,這是與塑料材料的應用有著極大 的區(qū)別的。同時,纖維在成型加工過程的熔體流動性能、絲條軸向的應力變化及溫度、 卷繞等因素都會影響纖維的可紡性能。從目前現(xiàn)有的共混體系的組分配比情況看,較好 的相容體系中,

51、PP的質(zhì)量含量只占到5080%,PA6的比例較大,這使共混物料的工藝 條件變得難以調(diào)控,產(chǎn)品的成本核算也很不經(jīng)濟。另外,PA6的熔體粘度也較大,這不 利于其在共混體系中的均勻擴散,難以降低共混纖維的染色不勻率。用PA6料作為共混 成份對聚丙烯纖維進行共混改性,在紡絲工藝上還處于摸索和研究階段,尚未有滿意的 成果。聚丙烯腈在加熱過程中既不軟化又不熔融,直接到熱分解溫度(Tc而分解,目前 用溶液紡絲法進行生產(chǎn),與聚丙烯纖維使用的熔融紡絲是完全不同的生產(chǎn)工藝。當前美第二章文獻綜述國的標準石油公司、日本的三菱人造絲和東麗公司等紛紛研發(fā)PAN的熔融紡絲技術(shù)。, 即用自由基乳液聚合或懸浮聚合法,合成可用于

52、熔紡的PAN料,但目前處于研究開發(fā) 階段,工藝技術(shù)并不成熟,沒有工業(yè)化的產(chǎn)品。分析PAN的結(jié)構(gòu)性能和加工工藝條件, 不論在文獻報導的研究成果上,還是用理論分析對策,目前沒有PAN/PP的共混改性研 究方案。聚氨酯(一般所寫成PU,由于常規(guī)料有熱塑性,也可寫成TPU是由分子間作用 力較強、鏈段長度較長(15-20×10弓岬的脂肪族聚醚或聚酯嵌段單元和分子間作用 力較強、鏈段長度較短(2.53.5X 103run的二異氰酸酯嵌段單元組成的線型嵌段共聚 物。聚氨酯最大的物理機械性能就是高彈性,即為彈性體,這是與其他幾類聚合物最大 的不同。在聚氨酯大分子鏈上,較長嵌段單元的脂肪族聚酯或聚醚二

53、醇段的分子量為 8003000,具有無規(guī)卷曲形態(tài),玻璃化溫度(Tg較低,常溫下處于高彈性狀態(tài),常稱 為軟鏈段。當纖維受拉伸應力作用發(fā)生拉伸形變時,軟段能伸展變直,由于其質(zhì)量占總 質(zhì)量的6590%,故在纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)中構(gòu)成連續(xù)相;較短的嵌段單元由二異氰酸酯和 擴鏈劑組成,苯環(huán)的存在使得其剛性較大,常稱為硬段,其玻璃化溫度也較高,這就是 表2-2中聚氨酯的玻璃化溫度沒有一個固定值的原因。同時,剛性的苯環(huán)和強的氫鍵相 互作用力使若干硬段緊緊地聚集成簇形,也常稱為“縛結(jié)點”,這樣就形成了非連續(xù)相 的“島”,使聚合物形成三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而使聚氨酯纖維具備高彈性。聚氨酯的拉伸斷裂強度在上述幾大類合成纖維

54、中是最小的,但在彈性纖維中卻是最 大的。聚氨酯纖維的染色性和吸濕性好、手感柔軟、耐熱性好、耐光性、耐磨性能和耐 化學藥品的性能均較好。聚氨酯纖維的優(yōu)異性能、尤其是高彈特性,使得聚氨酯的應用 范圍變得很寬,在工業(yè)絲和民用絲領(lǐng)域的產(chǎn)品和用途很廣,既用于主料制作,也可用作 輔料。聚氨酯彈性纖維可以用干紡、濕紡、反應法紡絲和熔融紡絲而進行成型加工。自美 國杜邦公司開始商業(yè)化生產(chǎn)至今,大多數(shù)的生產(chǎn)廠家都用于紡紡絲,與聚丙烯腈纖維的 干紡紡絲流程較相似。近年來隨著聚氨酯纖維工業(yè)的發(fā)展,開發(fā)了熔融紡絲的工業(yè)路線, 與干紡和濕紡法相比,熔紡技術(shù)具有許多有點唧1,不需要溶劑,生產(chǎn)設(shè)備簡單,工藝流 程短,環(huán)境污染

55、少,生產(chǎn)成本低,是目前聚氨酯纖維工業(yè)較有發(fā)展前途的工藝生產(chǎn)方法。 用聚氨酯彈性纖維對聚丙烯纖維進行共混改性的研究,目前文獻報導的有關(guān)成果極16第二章文獻綜述少,這是由于以往聚氨酯的加工成型工藝大多是干紡,這無法與熔紡成型的聚丙烯纖維 進行熔紡共混改性。隨著聚氨酯熔紡工藝的成熟和推廣,應在PP伊u的共混改性領(lǐng)域加 深研究。同時對比上述其他幾類聚合物發(fā)現(xiàn),用PET、PA6、PAN對PP纖維的共混改 性的研究進展處于較大的瓶頸階段,PP/PU的共混改性研究是一個較新的領(lǐng)域,有著廣 闊的研究空間。一直有對PP/PU共混體系的研究見報”“1,主要圍繞加入Pu后PP材料的物理機 械性能的改善和相容劑的影響

56、因素。唐龍詳“”研究發(fā)現(xiàn)彈性體PU的加入,對PP材料 起到了增強增韌的作用,這個成果對改善聚丙烯纖維的性能是有極大的啟發(fā)性的。目前 對聚丙烯材料的增韌大多以共混玻璃纖維(BF的方法來實現(xiàn),但卻導致材料拉伸強度 的減低,在PP纖維的成型加工上不適于應用。用共混Pu對聚丙烯纖維改性。增強增 韌的效果應該是改性最大的目標。聚丙烯纖維作為應用范圍廣而價格較低廉的化學纖維材料,最主要的性能是其斷裂強度,目前國外開發(fā)研制的高強聚丙烯纖維也僅僅是一個小幅度的提高,美國、 日本、奧地利等的一些生產(chǎn)商推出的高強聚丙烯的強度不到1.1Gpa,其思路也限于純聚 丙烯的拉伸加工段,使得聚丙烯的性能提高限制于小范圍內(nèi);

57、國內(nèi)的高性能的聚丙烯的 研制還落后于國外現(xiàn)已報道的水平。高聚物受到拉伸后其晶區(qū)及非晶區(qū)中大分子鏈充分伸展,將無限長的大分子鏈完全 伸展后所得的抗張強度就是大分子鏈極限強度的加和”“,可以按照下面公式進行計算:極限強度=5.92密度(g,cm3×分子鏈截面積(rim2(OPa計算得出,聚丙烯的極限強度為237eN/dtex(18Gpa。前已提及,當前所見報道的聚丙烯 纖維強度最大的約為1.1Gpa。理論與實踐上還存在著巨大的差異。關(guān)于聚合物的理論強度和破壞目前有一定的理論總結(jié)?！?從分子結(jié)構(gòu)的角度來看, 高聚物之所以有抵抗外力破壞的能力,主要靠分子內(nèi)的化學鍵合力、分子間的范德華力 和氫

58、鍵。高聚物斷裂的微觀模型可歸納為化學鍵破壞、分子間滑脫和范德華力或氫鍵的17第二章文獻綜述破壞這三種。實際斷裂時可能發(fā)生上面三種機理混合情況,可能是第二、第三種的單一 情況,但不可能是第一種的單一情況,因為若是只發(fā)生化學鍵破壞的情況下,斷裂的實 際強度將與理論強度相接近或一致,但這與實際不相符。影響后兩類斷裂的因素是與材 料本身有關(guān)的,包括高分子的化學結(jié)構(gòu)、分子量及其分布、支化和交聯(lián)、結(jié)晶和取向、 增韌劑、應力集中物,等。唐龍詳研究認為TPU彈性體與PP基體間形成的界面相是定厚度的柔性層,有利于材料在受到破壞時引發(fā)銀紋,終止裂紋,即可消耗大量的沖擊 功,又能較好地傳遞應力,達到既增韌又增強的目的;同時,TPU硬段的存在影響了材 料的拉伸強度,使得材料能夠抵抗更大的拉伸應力,起到了增