定長(zhǎng)熱定型對(duì)聚苯硫醚熔噴非織造布性能的影響

定長(zhǎng)熱定型對(duì)聚苯硫醚熔噴非織造布性能的影響

聚苯硫醚（pps）作為一種高性能的聚合物材料，具有強(qiáng)度高、耐高低溫、耐化學(xué)品和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。其纖維材料主要用于高溫濾料、特殊保護(hù)等領(lǐng)域。在合成纖維的制備工藝中,牽伸和熱定型是極為重要的提高纖維性能的兩道工藝。在熔噴法制備PPS超細(xì)纖維的過(guò)程中,樹(shù)脂從噴絲孔擠出后受熱風(fēng)牽伸,直接落在網(wǎng)簾上成網(wǎng),完成PPS熔噴超細(xì)纖維的成型。熱風(fēng)牽伸使得PPS熔噴超細(xì)纖維存在殘余應(yīng)力,纖維在實(shí)際使用過(guò)程中可能會(huì)存在尺寸不穩(wěn)定的問(wèn)題,因此需對(duì)其進(jìn)行熱定型處理。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中,有關(guān)纖維熱定型處理的報(bào)道很多。熔噴法得到的纖維多為非織造布形式,它由無(wú)數(shù)纖維無(wú)規(guī)則地黏合或纏結(jié)而成,與單根或單束纖維相比,其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,其熱定型過(guò)程并不能與單根或單束纖維相提并論,因此,探究PPS熔噴非織造布的熱定型工藝具有實(shí)際意義。在前期研究基礎(chǔ)上,武漢紡織大學(xué)成功制備出PPS熔噴非織造布,并研究了熱壓條件對(duì)PPS熔噴非織造布性能的影響。本文以實(shí)驗(yàn)室自制的PPS熔噴非織造布為原料,在不同條件下對(duì)其進(jìn)行定長(zhǎng)熱定型處理,并通過(guò)掃描電鏡(SEM)分析、X射線衍射(XRD)法和示差掃描量熱(DSC)法及力學(xué)性能測(cè)試,探索熱定型前后PPS熔噴非織造布的物理性能和結(jié)構(gòu)的變化,以期得到PPS熔噴非織造布的最佳定長(zhǎng)熱定型條件,為PPS熔噴非織造布的實(shí)際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。1測(cè)試1.1原材料PPS切片,熔點(diǎn)285℃,由德陽(yáng)科吉高新材料有限責(zé)任公司提供,使用前于140℃真空烘箱中干燥24h。1.2非織布紡織布的制備采用實(shí)驗(yàn)室定制的熔噴試驗(yàn)機(jī)制備PPS熔噴非織造布,如圖1所示1.3定型時(shí)間,2.0.將制得的PPS熔噴非織造布,分別在不同溫度和時(shí)間下進(jìn)行定長(zhǎng)熱定型:120℃,定型時(shí)間2.00,6.00,10.00,14.00,18.00,20.00min;150℃,定型時(shí)間2.00,3.00,4.00,5.00,6.00,7.00min;180℃,定型時(shí)間1.00,2.00,3.00,4.00,5.00,6.00min;200℃,定型時(shí)間0.50,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00min;220℃,定型時(shí)間0.17,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00min。然后,將定長(zhǎng)熱定型后的PPS熔噴非織造布裁剪成20mm×20mm的樣品,在220℃下恒溫放置30.00min(簡(jiǎn)稱(chēng)“恒溫處理”),以其不發(fā)生收縮為標(biāo)準(zhǔn),確定不同溫度下的定型時(shí)間,以期探索出最佳的定長(zhǎng)熱定型工藝。1.4測(cè)試1.4.1熱收縮率觀察恒溫處理前后PPS熔噴非織造布樣品的尺寸變化,計(jì)算樣品的熱收縮率(G):式中:SS1.4.2視覺(jué)觀察采用日本電子株式會(huì)社的JSM-6510LV掃描電子顯微鏡,觀察定長(zhǎng)熱定型前后PPS熔噴非織造布的微觀形貌。1.4.3差示掃描量熱dsc分析采用德國(guó)Netzsch公司的DSC204F1差示掃描量熱儀,對(duì)定長(zhǎng)熱定型前后的PPS熔噴非織造布進(jìn)行DSC分析。溫度范圍為50~300℃,升溫速率10℃/min。1.4.4拉伸性能測(cè)試將定長(zhǎng)熱定型前后的PPS熔噴非織造布裁剪成150mm×15mm的樣條,按照GB/T3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)》的規(guī)定,對(duì)PPS熔噴非織造布的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)行測(cè)試。2結(jié)果與討論2.1pps熔噴非織造布的微觀形貌定長(zhǎng)熱定型前后的PPS熔噴非織造布的微觀形貌觀察結(jié)果如圖2所示。從圖2可以觀察到,PPS熔噴非織造布中的纖維較細(xì)(其直徑平均約5μm),纖維之間無(wú)規(guī)則地堆疊在一起,形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),定長(zhǎng)熱定型前后PPS熔噴非織造布的微觀形貌基本一致。2.2影響制品的實(shí)際應(yīng)用PPS熔噴非織造布中的纖維經(jīng)熱風(fēng)牽伸后,纖維中的分子鏈發(fā)生取向,但這種取向結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定,在較高溫度下高分子鏈會(huì)發(fā)生解取向,最終會(huì)使PPS熔噴非織造布出現(xiàn)明顯收縮,影響制品的實(shí)際應(yīng)用。采用定長(zhǎng)熱定型,能促使PPS熔噴非織造布中的纖維趨向熱力學(xué)平衡態(tài),確保PPS熔噴非織造布能在較高溫度下保持良好的尺寸穩(wěn)定性從圖3可以看出,定長(zhǎng)熱定型溫度越高,定長(zhǎng)熱定型后的PPS熔噴非織造布在220℃下放置30.00min不發(fā)生熱收縮所需的定型時(shí)間越短:定型溫度為120℃時(shí),定型時(shí)間需18.00min;定型溫度提高到150℃時(shí),定型時(shí)間需6.00min;定型溫度為220℃時(shí),定型時(shí)間只需3.00min。本文采用的定型溫度高于PPS的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T2.3時(shí)間單次運(yùn)行時(shí)間圖4為定長(zhǎng)熱定型前后PPS熔噴非織造布的DSC曲線,其中定長(zhǎng)熱定型溫度和時(shí)間分別為150℃、6.00min?？梢钥吹?定長(zhǎng)熱定型前后PPS熔噴非織造布的DSC曲線上,283℃左右都有一個(gè)明顯的吸熱峰,這是PPS的熔融峰(T此外,從圖4還可以看到,定長(zhǎng)熱定型前的PPS熔噴非織造布的T2.4其他定長(zhǎng)熱定型條件下,拉伸性能下降過(guò)快經(jīng)過(guò)定長(zhǎng)熱定型后,PPS熔噴非織造布的結(jié)晶度和T從圖5可以看出,與定長(zhǎng)熱定型前相比,定長(zhǎng)熱定型后的PPS熔噴非織造布的拉伸斷裂強(qiáng)度有一定的提高,斷裂伸長(zhǎng)率則明顯下降。比如,定長(zhǎng)熱定型前的PPS熔噴非織造布的拉伸斷裂強(qiáng)度為29.4MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為15.1%;120℃下定型16.00min后,PPS熔噴非織造布的拉伸斷裂強(qiáng)度提高到34.0MPa左右,斷裂伸長(zhǎng)率下降到9.0%。在其他定長(zhǎng)熱定型條件下,PPS熔噴非織造布的拉伸性能均表現(xiàn)出類(lèi)似結(jié)果。另一方面,在圖5給出的定長(zhǎng)熱定型條件下,熱定型后的PPS熔噴非織造布基本不發(fā)生熱收縮,且拉伸斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的變化較小,這可能是因?yàn)樵谶@些熱定型條件下得到的PPS熔噴非織造布中,纖維結(jié)晶度較為接近。本文對(duì)定長(zhǎng)熱定型前后PPS熔噴非織造布的拉伸斷裂口形貌進(jìn)行觀察,結(jié)果如圖6所示,其處理?xiàng)l件為220℃、3.00min。另外,圖6還給出了定長(zhǎng)熱定型前后PPS熔噴非織造布的應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？梢钥吹?定長(zhǎng)熱定型前的PPS熔噴非織造布的斷裂口出現(xiàn)較多纖維,其應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)韌性斷裂特征,這是由于定長(zhǎng)熱定型前的PPS熔噴非織造布中纖維的非晶區(qū)較多,分子鏈容易滑移,表現(xiàn)出較大的拉伸形變。定長(zhǎng)熱定型后的PPS熔噴非織造布的斷裂口呈鋸齒狀,且有少許纖維,相對(duì)于定長(zhǎng)熱定型前的樣品而言,其應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)脆性斷裂特征,這是定長(zhǎng)熱定型提高了纖維結(jié)晶度的結(jié)果。很明顯,對(duì)PPS熔噴非織造布進(jìn)行定長(zhǎng)熱定型,其性能變化主要受纖維結(jié)晶狀況的影響。有關(guān)PPS熔噴非織造布定長(zhǎng)熱定型過(guò)程中的結(jié)晶度變化和結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的研究工作,本課題組會(huì)進(jìn)行后續(xù)報(bào)道。3熱定型前后pps熔噴非織造布的熔點(diǎn)的變化(1)采用合適的定長(zhǎng)熱定型工藝,能有效地控制PPS熔噴非織造布的尺寸穩(wěn)定性,使其在220℃的高溫下放置30.