环境友好磷系阻燃聚酯熔体的流变性研究

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1、http://www.paper.edu.cn环境友好磷系阻燃聚酯熔体的流变性研究112吴全才姜涛陈新1沈阳工业大学工程学院（辽阳111003）2辽阳石油化纤公司（辽阳111003）email：wuquancai1119@sohu.com摘要：通过流变仪研究了聚酯及环境友好磷系阻燃聚酯熔体在260℃、265℃、270℃、275℃和280℃的流变性能，研究结果表明，聚酯熔体及环境友好磷系阻燃聚酯熔体属于假塑性流体；环境友好磷系阻燃聚酯熔体的粘切依赖性大于聚酯；聚酯及环境友好磷系磷系阻燃聚酯熔体的表观粘度随剪

2、切速率的增大而降低；环境友好磷系阻燃聚酯熔体表观粘度明显低于聚酯;在加工时可以通过改变加工温度来改变其流变性，纺丝时应加强温度控制，避免粘度波动；随着阻燃剂添加量的增加环境友好磷系阻燃聚酯熔体的非牛顿性减弱且粘流活化能减小。关键词：环境友好；磷系阻燃聚酯；性能；研究中图分类号：TQ342.7[1～3]作为第一大合成纤维品种的聚酯纤维阻燃技术的开发倍受重视。其中共聚阻燃即可保持[4～6]聚酯原有的性能优点，又可赋予其永久的阻燃效果，是阻燃聚酯技术发展的主流。在共聚阻燃聚酯中，磷系共聚阻燃聚酯通过固相成碳和部

3、分气相阻燃机理，减少了热量释放速率与有毒和腐蚀性气体的释放量，符合无烟、零卤、无毒的阻燃发展趋势，是极具发展前景的阻燃产品之一。影响聚酯成型加工性能的因素很多，目前国内聚酯切片生产通常以特性粘数、熔点、二甘醇含量、羧基含量、灰份和水分等作为质量指标并以此制定加工工艺参数。但是，聚酯的流变性能对成型加工具有很大的指导意义，国内对此方面的研究较少，为此，我们采用XLY-2型毛细管流变仪在较宽的温度范围内研究了聚酯及环境友好磷系阻燃聚酯熔体的流变特性，旨在为环境友好磷系共聚阻燃聚酯的纺丝提供理论依据。这对环境友

4、好磷系阻燃聚酯成型工艺条件的合理确定、成型机[7～8]械和模具的设计及提高制品质量具有重要的理论和实际意义。1实验部分1.1实验仪器设备及材料1.1.1实验仪器采用吉林大学科教仪器厂的XLY-2型毛细管流变仪，毛细管直径D=1mm,毛细管长度L=40mm，其长径比L/D=40，故未作Begley入口校正。1.1.2实验材料及实验吴全才，男，48岁，副教授.本课题为中国石油天然气集团公司科学研究与技术开发项目，合同编号：05B50205.1http://www.paper.edu.cn聚酯（ZrA0）、环境

5、友好磷系阻燃聚酯（ZrA1）、（ZrA2）、（ZrA3）。将上述切片用真空烘箱连续干燥8小时，用XLY-2型毛细管流变仪测试流变性能，测试条件：毛细管直径为1mm;毛细管长度为40mm;温度范围为260℃～280℃。实验材料的物性参数见表2.1。表2.1聚酯及环境友好磷系阻燃聚酯切片样品的物性参数CPA添加结晶温度玻璃化温度特性粘数样品编号熔点/℃氧指数/%3-1量/wt%/℃/℃/cm·gZrA00257190800.6621.0ZrA11.5246174780.67130.4ZrA23.0243170

6、760.66131.3ZrA34.5240166750.67332.81.2数据处理∆P×r剪切应力：τ=（1.1）2L4Q表观剪切速率：γ=（1.2）3πR表观粘度：ηa=τ/γ（1.3）非牛顿指数：n=dlgτ/dlgγ（1.4）粘流活化能：在不宽的温度范围内，聚酯和阻燃聚酯熔体的表观粘度随温度升高而呈指数函数的方式降低。因此，粘度对温度的关系服从Arrhenius方程。ηa=Aexp(∆E/RT)（1.5）以lnηa对1/T作图，由直线斜率可求出粘流活化能∆E。4式(1.1)～(1.5)中△P为毛细

7、管两端的压力差（9.8×10Pa），r为毛细管半径(mm)，L为毛细管-1长度(mm)，Q为熔体在管中的体积流率(mm·s)，A为与物质性质有关的常数，R为气体常数，-1T为绝对温度，ηa为表观粘度（Pa·s），τ为剪切应力（Pa）。γ为表观剪切速率（s），为非牛顿-1指数，∆E为粘流活化能(J·mol)。2http://www.paper.edu.cn2实验结果与讨论2.1聚酯及磷系阻燃聚酯熔体的流变曲线ZrA0在260℃、265℃、270℃、275℃和280℃的流动曲线见图2.1（a）。磷系阻燃聚酯Z

8、rA1，ZrA2，ZrA3在260℃、265℃、270℃、275℃和280℃的流动曲线见图2.1(b、c、d)。4.84.94.74.84.64.7260℃280℃275℃4.6280℃lgτ4.5270℃lgτ265℃265℃275℃260℃4.5270℃4.44.44.32.12.22.32.42.52.62.72.42.62.83.03.23.4lgγlgγa)ZrA0b)ZrA14.84.84.74.74.64.627