芳砜纶纤维的热稳定性分析

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1、122009年耐高温芳砜纶纤维开发应用研讨会论文集·纤维性能与应用·芳砜纶纤维的热稳定性分析叶健青1，汪晓峰2，任加荣2，张玉华2，朱苏康1(1．东华大学，上海200051；2．上海合成纤维研究所，上海200082)摘要：芳砜纶(PSA)纤维是一种耐高温材料。对于耐高温材料，了解它们的热稳定性，具有十分重要的意义。本文在TGA和DSC实验测试的基础上，对芳砜纶纤维在持续升温条件下的热降解行为进行分析与研究。关键词：芳砜纶；TGA；DSC；热稳定性；热分解；重量；温度随着工业文明的不断进步，在高温环境下工作的材料越来越受到人们的关注。对它们的性能

2、要求，尤其是受热状态下的各项性能，也不断地在提升。同时，随着测试科学与技术的发展，对材料的热学性能的描述与报道将更加具体与规范。热稳定性能是材料在受热与持续升温条件下各项物理与化学性能稳定性的综合表述，是耐高温材料的一项重要性能参数。本文将通过热重分析法(TGA)和差示扫描量热法(DSC)测试并分析芳砜纶(PSA)纤维热稳定性。从而为开发芳砜纶纤维的各种耐高温材料提供有力的理论依据。l芳砜纶纤维概述芳砜纶(PSA)，其化学名称为对苯二甲酰3，37／4，4’二胺基二苯骡共聚纤维，亦称聚芳砜酰胺纤维⋯，其聚合物单体的一般结构式如下：--HN彳吣02

3、彳INHOC彳h¨＼==／、==／＼==／是一种在高分子主链上含有砜基(一S02一)的芳香族聚酰胺纤维。从分子结构分析，由于聚芳砜分子主链上的硫原子处于最高氧化状态，芳香环又难以氧化，因此PSA的耐热能力很高，且耐热氧性十分突出‘2

4、。聚芳砜酰胺是一种三元无规共聚物。系由3／4摩尔的4，4’一二氨基二苯砜与1／4摩尔的3，3’一二氨基二苯砜和等摩尔的对苯二甲酰氯，在溶剂DMAc(二甲基乙酰胺)中，采取低温溶液缩聚制得。所得树脂溶液经氧化钙中和、过滤脱泡后，在含有CaCl：一DMAc—H：O三元体系的凝固浴中湿法纺丝成形。初生纤维经拉伸、水洗、干

5、燥，最后在高温下拉伸，制得米黄色而富有光泽的芳砜纶纤维。2实验原理与方法2．1热重法(TG)热重法(TG)是在程序控温下，测量物质质量与温度的关系的技术。通过这一技术，可以对物质进行与温度相关行为的研究与应用旧J，例如对无机、有机和聚合物的热分解、聚合物的热氧化裂解、脱水和吸湿研究、汽化和升华速率等。由热重法记录的重量变化对温度的关系曲线称热重曲线(TG曲线)。例如固体的热分解反应为[4】：A(固)叶日(固)+C(气)其热重曲线如图l所示。图1固体热分解反应的典型热重曲线图中，ab段称为基线MJ。Ti为起始分解温度，即累积质量变化达到热天平可以

6、检测时的温度，是TG曲线开始偏离基线点的温度。．Tf为终止温度，即累积质量变化达到最大值时的温度。T，—_Ti为反应区间，起始温度与终止温度的温度间隔。T。为外推始点温度，是TG曲线下降段切线与基线延长线的交点”】。由于e点温度T。具有最好的重复性，因此多用于表示材料的稳定性。TG曲线上质量基本不变的部分称为平台，如图1中的ab和cd。同时，根据热重曲线还可以获得试样质量变化率与时间或温度的关系曲线，即微商热重(DTA)曲线。在研究聚合物的热分解时，除了实验是在程序控温的条件下。还需要将试样置于保护气氛之下，以避免在温度升高的同时试样被氧化。一

7、般使用氮气或氩气。2009年耐高温芳砜纶纤维开发应用研讨会论文集132．2差示扫描量热法(DSC)DSC是在程序控温下测量输入到物质和参比物的功率差与温度的关系的技术。本文将通过这一技术结合TG实验对PSA的热稳定性进行分析。3实验在程控升温条件下，记录试样材料因分解而引起的重量变化的数据。通过实验数据与图表的分析，确定材料在受热状况下的重量损失与吸放热规律，并且确定若干个材料重量与温度相关的关键点，从而总结出材料的热稳疋性。3．1试样准备芳砜纶纤维，2．0d，密度为1．42g／cm3。试样颜色为淡米黄色，重量约5g。将试样置于标准大气环境(T

8、：20℃，H：65％)24h以上。3．2实验条件TG2050(美国TAInstruments公司)：在气流量为60ml／min的氮气下，升温程序为常温粕00℃。升温速率是20℃／min。DSC404(德国NETZSCH)：在气流量为20ml／min的氩气下，升温程序为2000C“00℃，升温速率是10℃／min。3．3实验数据热重变化规律数据见表1和图2。热流和放热规律见图3。表1PSA纤维几个温度整点的TG数据温度／oC残余量／％温度／℃残余量／％4910045093．6310098．3l50075．8315098．1455064．85200

9、98．0560055．6225097．9165043．7530097．7570025．3235097．487507．5640097．157721．79