溶液干法紡絲中制備條件對氨綸力學(xué)性能的影響研究

李小菊，李惠成，李治軍，魯 斌,劉維濤

(隴東學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,甘肅 慶陽 745400)

1 引言

氨綸是高彈性纖維里力學(xué)性能比較優(yōu)異的一種[1]，它在彈性回復(fù)率，耐疲勞性能方面有很不錯的優(yōu)點[2]，它所具有的這些優(yōu)點使得其在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用非常普遍[3]。目前對于溶液干法紡絲中制備條件的研究則相對比較少[4]，本文通過改變氨綸制備中的甬道風(fēng)量，甬道溫度的高低制取氨綸樣品，通過比較制得樣品的各項力學(xué)性能選取出各項性能綜合最優(yōu)的制備條件組合，進一步改善了氨綸纖維的性能，為實現(xiàn)了氨綸材料的安全化做一定工作。

2 實驗

2.1 實驗原料及試劑

試劑：聚四亞甲基醚二醇( PTMG)，二苯基甲烷一4.4'一二異氰酸酷(MDI)，乙二胺工業(yè)級(EDA) ，N,N一二甲基乙酞胺 (DMAC) 均為工業(yè)級，均為山東萬華化學(xué)有限公司生產(chǎn)，氮氣(自制)

2.2 主要研究內(nèi)容

選用PTMG、 MDI、EDA為擴鏈劑，DMAC為溶劑，改變氨綸制備過程中甬道風(fēng)量的大小、甬道溫度的高低等制備條件制得一系列氨綸樣品。

3 甬道對氨綸絲的影響

3.1 甬道風(fēng)量對氨綸的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響

甬道溫度為248℃，其他制備條件不變的基礎(chǔ)上，甬道風(fēng)量定為五個水平,分別是：630，660，690，720，750m3/h，制出一系類氨綸樣品，。

表1 實驗的制備條件和相應(yīng)的樣品編號

選用編號分別為B1，B2，B3，B4，B5的5種氨綸樣品進行各項表征與測試，探討氨綸的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)跟甬道風(fēng)量變化之間的關(guān)系。

3.1.1 不同甬道風(fēng)量對應(yīng)下氨綸的結(jié)構(gòu)分析

對氨綸樣品各自進行傅里葉紅外光譜測試，結(jié)果如圖1所示。

圖1 氨綸的紅外光譜圖

PTMG與MDI的結(jié)構(gòu)式中都沒有氮氫鍵和羰基等基團[4]，而從圖1可以看出，譜圖中出現(xiàn)了氮氫鍵的伸縮振動峰和羰基的伸縮振動，從而表明PTMG與MDI發(fā)生了聚合反應(yīng)并形成了氨酯鍵。將甬道風(fēng)量不同的氨綸樣品在一定波數(shù)范圍內(nèi)作譜圖對比分析，如圖2所示。

由圖2可以看出，伴隨著甬道風(fēng)量的變大，游離羰基的吸收峰不斷增強，硬鏈段氫鍵生成有關(guān)的羰基的吸收峰則不斷減弱[5]，表示氨綸硬段分子鏈之間的氫鍵伴隨著甬道風(fēng)量的增加而減少，從而引起其結(jié)晶度降低，表示把它拉斷所需要的力也相應(yīng)得降低，把它拉斷所對應(yīng)的伸長率也就越高。

3.1.2 甬道風(fēng)量的變化對氨綸力學(xué)性能的影響

測試實驗設(shè)定下不同甬道風(fēng)量對應(yīng)的樣品斷裂伸長率及斷裂強力，所得結(jié)果如圖3。

圖2 紅外光譜圖分析對比圖

圖3 五個樣品的拉伸斷裂過程的拉力隨應(yīng)變的變化規(guī)律

從圖3可知5個甬道風(fēng)量不同的氨綸拉力隨應(yīng)變的變化規(guī)律比較相似，斷裂強力逐漸減小[7]。將5種氨綸樣品的斷裂伸長率匯總于表2中。

表2 五組的斷裂伸長率以匯總表

由表2的數(shù)據(jù)變化可以看出，甬道風(fēng)量變化呈上升趨勢時，氨綸的300%彈性回復(fù)率也呈現(xiàn)上升的趨勢，其斷裂伸長率也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。甬道風(fēng)量不能超過一定的范圍，當其過低時，有可能造成不能成絲的風(fēng)險[6]；過高時，甚至?xí)鸢踩鹿?，造成中毒的危險[2]。最終定甬道風(fēng)量為690m3/h。

3.2 甬道溫度對氨綸的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響

甬道風(fēng)量為690m3/h，其他制備條件不變的基礎(chǔ)上，甬道溫度定為五個水平,分別是242，244， 246， 248以及250℃，制備出對應(yīng)條件下的氨綸樣品，對其進行表征測試，探討氨綸的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能和甬道溫度之間的關(guān)系,見表3。

表3 實驗的制備條件和相應(yīng)的樣品編號

3.2.1 不同甬道溫度對應(yīng)下氨綸的結(jié)構(gòu)分析

對氨綸樣品各自進行傅里葉紅外光譜測試，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，譜圖中出現(xiàn)了氮氫鍵的伸縮振動峰和羰基的伸縮振動，PTMG與MDI的結(jié)構(gòu)式中都沒有氮氫鍵和羰基等基團，從而表明PTMG與MDI發(fā)生了聚合反應(yīng)并形成了氨酯鍵。將甬道溫度不同的氨綸樣品在一定波數(shù)范圍內(nèi)作譜圖對比分析，如圖5所示。

圖4 溫度對應(yīng)下的紅外光譜圖

圖5 紅外光譜圖對比圖

從圖5可以看出，隨著甬道溫度增加，游離羰基的吸收峰不斷增強，跟硬鏈段氫鍵生成有關(guān)的羰基的吸收峰則不斷減弱，表示氨綸硬段分子鏈之間的氫鍵伴隨著甬道風(fēng)量的增加而減少，造成結(jié)晶度的降低，從而拉斷它所需要的力也減小，拉斷它所對應(yīng)的伸長率相應(yīng)的就越高。

3.2.2 不同甬道溫度對氨綸力學(xué)性能的影響

測試實驗設(shè)定下不同甬道溫度對應(yīng)的樣品斷裂伸長率及斷裂強力，所得結(jié)果如圖6。

圖6 五種氨綸樣品的拉伸斷裂過程的拉力隨應(yīng)變的變化規(guī)律圖

從圖6可知伴隨著甬道溫度的增大，斷裂強力逐漸減小[7]。將5種氨綸樣品的斷裂伸長率匯總于表4中。

表4 不同甬道溫度氨綸的300%彈性回復(fù)率

從表4中可以看出，當甬道溫度增加時，氨綸的300%彈性回復(fù)率也呈現(xiàn)上升的趨勢，其斷裂伸長率也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢[8]，當甬道溫度進一步增大時，彈性回復(fù)率隨著溫度的升高反而減小了。所以選擇中間值甬道溫度248 ℃為最佳。

4 結(jié)論

本文探討了甬道風(fēng)量和甬道溫度不同制備條件下對氨綸各項性能的影響，從氨綸絲的微觀結(jié)構(gòu)，斷裂伸長率，斷裂強力，300%彈性回復(fù)率的變化率探討了不同制備條件對氨綸各項性能的影響。當甬道風(fēng)量從630 m3/h升高到750 m3/h時，除了氨綸各項性能顯示也綜合考慮操作方便和安全性，甬道風(fēng)量為690m3/h時為最佳，所以當甬道溫度從242增加到 250℃時，氨綸的300%彈性回復(fù)率，斷裂伸長率和斷裂強力都存在一個最佳值，最終考慮到對產(chǎn)品性能的影響和能耗，將溫度定為248℃為最適宜。