热处理工艺对半芳香聚酰胺MXD6纤维结构与性能的影响

【摘要】半芳香聚酰胺是由脂肪族二胺与芳香族二酸或脂肪族二酸与芳香族二胺缩聚而成的,由于其分子主链中引入了芳香环,从而提高了耐热性和力学性能,降低了吸水率等,其主要应用于汽车和电子电气工业。随着科学技术的迅猛发展,半芳香聚酰胺在市场的需求不断增长,其应用开发也有新的进展。半芳香聚酰胺纤维也处于不断研究开发的阶段,在服装、汽车、电子通讯等行业发挥着重要作用。本文主要研究MXD6及其纤维,通过对半芳香聚酰胺MXD6原料进行表征分析,确定其玻璃化转变温度、熔点及分解温度,再对其非等温结晶过程及动力学、热分解及其机理进行了分析,为对MXD6初生纤维进行热处理提供参考。在此基础之上,纺制了纤维,并研究了合适的条件对初生纤维进行一级、两级热牵伸和定长、定张力热定型热处理,对热处理后的纤维进行力学性能、结晶、取向的表征与结果分析。结果表明：1.通过对半芳香聚酰胺MXD6原料进行TGA、DSC、DMA测试并分析,了解到该原料的热分解温度为431℃,熔点为294℃,玻璃化转变温度为124℃；2.采用DSC方法对半芳香聚酰胺MXD6的非等温结晶过程及其动力学进行了研究,并采用Jeziorny、Ozawa和Mo法三种方法分析其非等温结晶动力学,发现只有Mo法适合用来处理其非等温结晶动力学。在非等温条件下,半芳香聚酰胺MXD6结晶时可能是按照二维盘状生长方式,转变为一维生长方式。采用Kissinger方法可计算得到半芳香聚酰胺MXD6的非等温结晶活化能为-190.22kJ.mol-1;3.采用TGA方法分析半芳香聚酰胺MXD6的热分解过程,发现其热分解过程为一步反应。用外推法得到Φ=0℃/min时的平衡分解温度T0I,即T00=405.51℃,Tp0=466.03℃,Tf0=480.07℃.采用Kissinger.Flynn-Wall-Ozawa和Coats-Redfern三种方法来分析其热分解动力学,通过计算得到前两种方法对应的热分解活化能分别为192.11kJ.mol-1和202.47kJ.mol-1。综合前两种方法与Coats-Redfern法可推断半芳香聚酰胺MXD6的热分解机理为减速类型,遵循F1：随机成核,每个粒子含有一个核机理,说明刚性结构的引入可能起到了成核的作用；4.对半芳香聚酰胺MXD6初生纤维进行一级热拉伸时,其强度、模量均呈上升趋势,且在130℃下拉伸6倍得到最大值。在进行两级拉伸热处理正交实验时发现一级拉伸温度对其性能影响最大,其次是二级拉伸倍数,一级拉伸倍数和二级拉伸温度的影响较小。两级拉伸热处理的较优工艺参数为：T1=130℃,λ1=3.6,T2=160℃,λ2=1.35;5.对半芳香聚酰胺MXD6拉伸纤维进行定长热定型时,随着热定型温度的上升,当温度超过140℃后,由于大分子链的松弛,其强度呈下降趋势,模量先减小后增大；随着热定型时间的延长,其强度先上升后下降,模量逐渐增大。其最佳定长热定型工艺参数是温度为140℃,时间为20min。在进行定张力热定型时,随着热定型温度的上升,其强度增大,当温度超过160℃后强度减小,模量增大；随着热定型时间的延长,其强度变化较为复杂,模量则逐渐增大。两者的数值均比定长热定型的大,其最佳定张力热定型的工艺参数是在总纤度为739.5dtex,单位纤度纤维承受的张力为1.31cN条件下,温度为160℃,时间为60min。
【作者】何春娥；
【导师】王依民；
【作者基本信息】东华大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】MXD6纤维；热拉伸；热定型；结构；性能；

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