对位芳纶热处理及纤维的结构与性能研究

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1、学校代码：10255学号：2110278对位芳纶热处理及纤维的结构与性能研究STUDYONSTRUCTUREANDPROPERTIESOFPARA-ARAMIDFIBERSAFTERHEATTREATMENT学科专业：材料学作者姓名：严冬东指导教师：胡祖明答辩日期：2014年1月万方数据东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果

2、的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日万方数据东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月

3、日日期：年月日万方数据对位芳纶热处理及纤维的结构与性能研究摘要对位芳香族聚酰胺纤维具有高强高模、耐高温和耐化学腐蚀等优异性能，被广泛用于国防军工、航空航天、轮胎帘子线以及土木建筑等领域。目前我国已建立了芳纶纤维生产流水线，但关键技术还没取得突破，离大规模稳定化生产还有很大距离。其中存在的主要问题是纤维力学性能还有待提高。本文设计了不同的后处理工艺热处理纤维，并结合同步辐射实验，研究了热处理工艺条件对纤维产品的结构与性能的影响规律，为对位芳香族聚酰胺纤维力学性能的优化提供基础和理论指导。论文首先就国产芳纶1414纤

4、维与杜邦公司Kevlar29纤维进行了力学性能和晶体结构比较，并利用同步辐射微聚焦衍射技术研究了PPTA单丝径向方向上结晶和取向的差异，同时分析了PPTA纤维的热分解动力学。结果表明：相比杜邦Kevlar29纤维，国产芳纶1414纤维的拉伸模量和断裂强度较低，强度分散系数大，强度分布不均匀，结晶度和取向较低。纤维皮层具有较高的结晶度和取向度。Friedman方法计算得到的PPTA纤维在空气中的第一失重峰、第二失重峰处的分解活化能为33.08KJ/mol和67.84KJ/mol。其次，对PPTA纤维进行了多种方式的

5、后处理，包括松弛热处理、i万方数据张力热处理及湿纤维张力热干燥法等，研究了不同后处理条件（热处理温度、热处理张力、热处理时间、湿纤维含水率）对纤维力学性能的影响，并比较了热处理前后纤维热性能、化学结构、取向、表面形貌的变化。结果表明：张力热处理下纤维的断裂强度略有下降，拉伸º模量随着热处理温度升高而明显增加，并在400C时出现最大值；纤维拉伸模量随着热处理张力的增加而增加。热拉伸处理下纤维的拉伸模量最高可达845.64cN/dtex，相比原丝提高了近1倍，但是断裂强º度损失较大。含水率大于30%的PPTA湿纤维在

6、张力下110C热干燥处理后，其拉伸模量会显著提高。热处理后纤维的取向和热稳定性有所提高，化学结构不发生变化，纤维表面变得粗糙。最后，论文以PPTA原丝的张力热处理为实验基础，并结合同步辐射广角X射线衍射（WAXD）及小角X射线散射(SAXS)技术对不同热处理条件后纤维的聚集态结构行了深入的研究，并对PPTA纤维的力学性能与晶体结构之间的关系进行了初步的探讨。结果表明：张力热处理下，随着热处理温度的升高，结晶程度更加完善，结晶度、º晶粒尺寸、晶区取向度增大，当温度超过400C后，晶粒停止生长，致使结晶度下降。随着热

7、处理张力的增大，结晶度、晶粒尺寸、晶区取向度增大。张力热处理后，纤维晶胞尺寸c轴变大，a轴也变大；其中c轴尺寸呈现出与结晶度、晶粒尺寸和晶区取向一样的变化趋势。PPTA原丝内微纤总和的统计长度??随着拉伸比的逐渐增加，微纤长度增大，取向角减小，到拉伸比为5.3%达到峰值，拉伸比再增加，微纤长度反而减小，取向角增大。晶粒尺寸变大时，纤维断裂强度呈ii万方数据现减小趋势；晶区取向度越高，c轴尺寸越大，拉伸模量越高。关键词：对位芳纶，结构，性能，热处理，同步辐射技术iii万方数据STUDYONSTRUCTUREANDP

8、ROPERTIESOFPARA-ARAMIDFIBERSAFTERHEATTREATMENTABSTRACTPara-aramidfiberisakindofhighperformancefiberwithhighstrength,highmodulus,hightemperatureresistantandchemicalresistant.Withitsexcelle