纤维素_聚芳砜酰胺共溶解、纺丝及纤维结构性能研究

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1、东华大学博士学位论文纤维素/聚芳砜酰胺共溶解、纺丝及纤维结构性能研究学校代码：10255学号：1142029纤维素/聚芳砜酰胺共溶解、纺丝及纤维结构性能研究Co-dissolutionandSpinningofCellulose/AromaticPolysulfonamide(PSA)andtheStructureandPropertiesofFibers学科专业：材料学作者姓名：吴开建指导教师：王华平答辩日期：I东华大学博士学位论文纤维素/聚芳砜酰胺共溶解、纺丝及纤维结构性能研究附件一：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

2、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II东华大学博士学位论文纤维素/聚芳砜酰胺共溶解、纺丝及纤维结构性能研究附件二：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

3、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：年月日日期：年月日III东华大学博士学位论文纤维素/聚芳砜酰胺共溶解、纺丝及纤维结构性能研究纤维素/聚芳砜酰胺共溶解、纺丝及纤维结构性能研究摘要纤维素纤维具有天然可再生的资源优势，且具有优异的力学性能、吸湿透气、可降解等优点，被广泛的应用于服饰、家纺等领域。然而，纤维素纤维属于可燃性纤维，难以满足纺织品安全防护的要求，虽然通过织物后整理或纺丝液中添加含卤素、磷、硅等阻燃成分制备了阻燃纤维素纤维产品，但这些方法容易造成低分子量阻燃剂流失、纤维力学性能降

4、低和燃烧过程中有毒气体释放等缺陷。为满足无毒、低烟、舒适性阻燃纺织品的需求，本论文选取无毒、低烟的本质阻燃高分子（聚芳砜酰胺）与纤维素共混，采用1-丁基-3-甲基-咪唑氯盐（[BMIM]Cl）为溶剂进行共溶解、纺丝，基于纤维素/聚芳砜酰胺共混溶液双组份比例、粘度比和纺丝成形工艺可调节的有利条件，研究材料参数和纺丝工艺条件对纤维相形态结构与性能的影响，期望获得具有特定相形态结构及阻燃性能、力学性能、吸湿性能等协调统一的纤维素/聚芳砜酰胺合金纤维。首先以[BMIM]Cl为溶剂，研究了纤维素与聚芳砜酰胺在[BMIM]Cl的溶解和共混溶液的流变特性，发现纤维素和聚芳砜酰胺在[BMIM]Cl

5、中具有很好的互溶性，共混溶液呈均相结构。采用干喷湿纺的方法制备了不同组分比的纤维素/聚芳砜酰胺共混纤维。纤维的表面与截面SEM结果显示聚芳砜酰胺的加入使得纤维表面出现一定的沟槽，粗糙度增加，但SEM测试结果并不能很明显的区分出纤维中两种高分子的相形态结构与分布。为此采用激光共聚焦显微镜（LSCM）观察纤维的横截面形态，发现当聚芳砜酰胺含量为70wt%时，纤维截面呈现类“皮-芯”结构的相态，聚芳砜酰胺富集在纤维表层，纤维素主要分布在芯层，这种宏观上结构均匀、微观上存在微相分离的行为符合高分子合金的范畴，所以本文将制备的纤维素/聚芳砜酰胺共混纤维称为合金纤维。对不同组分比下合金纤维的阻

6、燃性能、力学性能和表面特性的研究发现，当聚芳砜酰胺含量为70wt%时，合金纤维表现出很好的阻燃性能，极限氧指数（LOI）为26.5%，离火自熄时间在3.5s左右；纤维的断裂强度达到2.22cN/dtex，满足基本服用要求；同时纤维的表面接触角为64º左右，具有一定的亲水性能。在满足阻燃性能的前提下，为进一步降低合金纤维中聚芳砜酰胺的含量，基于高分子共混物在剪切、拉伸流动过程中，低粘度流体向高剪切或拉伸应力区域迁移的原理，通过调整两种高分子溶液的粘度比，达到控制阻燃相聚芳砜酰胺主要分布在纤维表面的目标，从而降低合金纤维中聚芳砜酰胺含量。选用不同分子量的纤维素与聚芳砜酰胺进IV东华大学

7、博士学位论文纤维素/聚芳砜酰胺共溶解、纺丝及纤维结构性能研究行共溶解，获得不同溶液粘度比的共混体系进行干喷湿纺。LSCM测试结果发现，纤维素/聚芳砜酰胺的溶液粘度比较大的合金纤维呈现类“皮-芯”相形态；采用共聚焦显微拉曼成像以及电子能谱仪（EDS）对合金纤维的相形态结构进行半定量分析发现，聚芳砜酰胺含量从纤维中心区域到纤维表层呈现逐渐增加的趋势。低粘度的聚芳砜酰胺溶液在剪切和拉伸流动过程中更多地迁移到纤维表层，而高粘度的纤维素更多地保留在纤维内部。当纤维素/聚芳砜酰胺