對位芳綸制備過程中液晶和取向結(jié)構(gòu)變化的研究.pdf

1、聚對苯二甲酰對苯二胺(Poly(p-phenylene terephthalamide)，PPTA)纖維是一種高性能芳香族聚酰胺纖維，在航空航天、國防、汽車等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。PPTA纖維是采用干濕法液晶紡絲工藝制備而成的，主要包括紡絲漿液制備、空氣層拉伸、凝固浴固化成型、熱處理等工序，其中紡絲漿液制備工序是紡絲原液體系中液晶結(jié)構(gòu)的形成階段，凝固浴固化成型是初生纖維獲得結(jié)晶和取向結(jié)構(gòu)的重要階段。因此，為了研究對位芳綸制備過程中結(jié)晶和

2、取向結(jié)構(gòu)的變化，本文采用了計算機模擬技術(shù)和實驗相結(jié)合的方法對紡絲漿液的制備過程和凝固浴固化成型過程中的各個影響因素進行了分析討論。
　　首先，本文采用動態(tài)蒙特卡洛模擬方法研究了不同凝固浴條件下，原液細流固化成型過程中分子鏈的運動規(guī)律；利用計算機模擬技術(shù)的優(yōu)勢將實驗過程中分子鏈的運動規(guī)律直觀的呈現(xiàn)出來，發(fā)現(xiàn)了高分子鏈在凝固過程中會受不良溶劑的排擠作用而向中心移動，導(dǎo)致邊緣和中心區(qū)域在結(jié)晶度和取向度上出現(xiàn)差別，形成皮芯層結(jié)構(gòu)，從而對不

3、同實驗條件下分子鏈的運動規(guī)律有了更全面的認識。
　　在通過計算機模擬技術(shù)對實驗過程中分子鏈運動規(guī)律有了一定認識之后，本文又采用實驗的方法研究了溫度對PPTA-H2SO4溶液體系相態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的影響，并采用偏光顯微鏡、傅立葉變換紅外光譜儀以及同步輻射光源三種測試手段，分別對PPTA-H2SO4溶液體系在升降溫過程中的相態(tài)結(jié)構(gòu)變化進行了在線的分析研究。研究結(jié)果不僅確定了15.6％的溶液體系的兩個相態(tài)轉(zhuǎn)變點，而且發(fā)現(xiàn)PPTA-H2SO4溶

4、液體系在高溫作用下進入各向同性狀態(tài)后，液晶結(jié)構(gòu)會遭到不可逆的破壞，主要表現(xiàn)在降溫過程中相態(tài)轉(zhuǎn)變溫度降低以及不能形成連續(xù)的液晶相疇的現(xiàn)象。此外，本文還利用偏光顯微鏡觀察了PPTA-H2SO4溶液在毛細管中流動時發(fā)生取向的過程，這與計算機模擬實驗得到的壁面誘導(dǎo)分子鏈取向效應(yīng)相一致。
　　本文也研究了凝固浴溫度和濃度對紡絲原液固化成型效果的影響，利用偏光顯微鏡觀測了不同凝固浴條件下不良溶劑（H2O）向紡絲原液中擴散的速率變化；利用掃描電