李小菊，李惠成，李治軍，魯 斌,劉維濤

(隴東學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院,甘肅 慶陽(yáng) 745400)

1 引言

氨綸是高彈性纖維里力學(xué)性能比較優(yōu)異的一種[1]，它在彈性回復(fù)率，耐疲勞性能方面有很不錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)[2]，它所具有的這些優(yōu)點(diǎn)使得其在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用非常普遍[3]。目前對(duì)于溶液干法紡絲中制備條件的研究則相對(duì)比較少[4]，本文通過(guò)改變氨綸制備中的甬道風(fēng)量，甬道溫度的高低制取氨綸樣品，通過(guò)比較制得樣品的各項(xiàng)力學(xué)性能選取出各項(xiàng)性能綜合最優(yōu)的制備條件組合，進(jìn)一步改善了氨綸纖維的性能，為實(shí)現(xiàn)了氨綸材料的安全化做一定工作。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑

試劑：聚四亞甲基醚二醇( PTMG)，二苯基甲烷一4.4'一二異氰酸酷(MDI)，乙二胺工業(yè)級(jí)(EDA) ，N,N一二甲基乙酞胺 (DMAC) 均為工業(yè)級(jí)，均為山東萬(wàn)華化學(xué)有限公司生產(chǎn)，氮?dú)?自制)

2.2 主要研究?jī)?nèi)容

選用PTMG、 MDI、EDA為擴(kuò)鏈劑，DMAC為溶劑，改變氨綸制備過(guò)程中甬道風(fēng)量的大小、甬道溫度的高低等制備條件制得一系列氨綸樣品。

3 甬道對(duì)氨綸絲的影響

3.1 甬道風(fēng)量對(duì)氨綸的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響

甬道溫度為248℃，其他制備條件不變的基礎(chǔ)上，甬道風(fēng)量定為五個(gè)水平,分別是：630，660，690，720，750m3/h，制出一系類(lèi)氨綸樣品，。

表1 實(shí)驗(yàn)的制備條件和相應(yīng)的樣品編號(hào)

選用編號(hào)分別為B1，B2，B3，B4，B5的5種氨綸樣品進(jìn)行各項(xiàng)表征與測(cè)試，探討氨綸的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)跟甬道風(fēng)量變化之間的關(guān)系。

3.1.1 不同甬道風(fēng)量對(duì)應(yīng)下氨綸的結(jié)構(gòu)分析

對(duì)氨綸樣品各自進(jìn)行傅里葉紅外光譜測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。

圖1 氨綸的紅外光譜圖

PTMG與MDI的結(jié)構(gòu)式中都沒(méi)有氮?dú)滏I和羰基等基團(tuán)[4]，而從圖1可以看出，譜圖中出現(xiàn)了氮?dú)滏I的伸縮振動(dòng)峰和羰基的伸縮振動(dòng)，從而表明PTMG與MDI發(fā)生了聚合反應(yīng)并形成了氨酯鍵。將甬道風(fēng)量不同的氨綸樣品在一定波數(shù)范圍內(nèi)作譜圖對(duì)比分析，如圖2所示。

由圖2可以看出，伴隨著甬道風(fēng)量的變大，游離羰基的吸收峰不斷增強(qiáng)，硬鏈段氫鍵生成有關(guān)的羰基的吸收峰則不斷減弱[5]，表示氨綸硬段分子鏈之間的氫鍵伴隨著甬道風(fēng)量的增加而減少，從而引起其結(jié)晶度降低，表示把它拉斷所需要的力也相應(yīng)得降低，把它拉斷所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)率也就越高。

3.1.2 甬道風(fēng)量的變化對(duì)氨綸力學(xué)性能的影響

測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)定下不同甬道風(fēng)量對(duì)應(yīng)的樣品斷裂伸長(zhǎng)率及斷裂強(qiáng)力，所得結(jié)果如圖3。

圖2 紅外光譜圖分析對(duì)比圖

圖3 五個(gè)樣品的拉伸斷裂過(guò)程的拉力隨應(yīng)變的變化規(guī)律

從圖3可知5個(gè)甬道風(fēng)量不同的氨綸拉力隨應(yīng)變的變化規(guī)律比較相似，斷裂強(qiáng)力逐漸減小[7]。將5種氨綸樣品的斷裂伸長(zhǎng)率匯總于表2中。

表2 五組的斷裂伸長(zhǎng)率以匯總表

由表2的數(shù)據(jù)變化可以看出，甬道風(fēng)量變化呈上升趨勢(shì)時(shí)，氨綸的300%彈性回復(fù)率也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其斷裂伸長(zhǎng)率也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。甬道風(fēng)量不能超過(guò)一定的范圍，當(dāng)其過(guò)低時(shí)，有可能造成不能成絲的風(fēng)險(xiǎn)[6]；過(guò)高時(shí)，甚至?xí)鸢踩鹿?，造成中毒的危險(xiǎn)[2]。最終定甬道風(fēng)量為690m3/h。

3.2 甬道溫度對(duì)氨綸的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響

甬道風(fēng)量為690m3/h，其他制備條件不變的基礎(chǔ)上，甬道溫度定為五個(gè)水平,分別是242，244， 246， 248以及250℃，制備出對(duì)應(yīng)條件下的氨綸樣品，對(duì)其進(jìn)行表征測(cè)試，探討氨綸的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能和甬道溫度之間的關(guān)系,見(jiàn)表3。

表3 實(shí)驗(yàn)的制備條件和相應(yīng)的樣品編號(hào)

3.2.1 不同甬道溫度對(duì)應(yīng)下氨綸的結(jié)構(gòu)分析

對(duì)氨綸樣品各自進(jìn)行傅里葉紅外光譜測(cè)試，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，譜圖中出現(xiàn)了氮?dú)滏I的伸縮振動(dòng)峰和羰基的伸縮振動(dòng)，PTMG與MDI的結(jié)構(gòu)式中都沒(méi)有氮?dú)滏I和羰基等基團(tuán)，從而表明PTMG與MDI發(fā)生了聚合反應(yīng)并形成了氨酯鍵。將甬道溫度不同的氨綸樣品在一定波數(shù)范圍內(nèi)作譜圖對(duì)比分析，如圖5所示。

圖4 溫度對(duì)應(yīng)下的紅外光譜圖

圖5 紅外光譜圖對(duì)比圖

從圖5可以看出，隨著甬道溫度增加，游離羰基的吸收峰不斷增強(qiáng)，跟硬鏈段氫鍵生成有關(guān)的羰基的吸收峰則不斷減弱，表示氨綸硬段分子鏈之間的氫鍵伴隨著甬道風(fēng)量的增加而減少，造成結(jié)晶度的降低，從而拉斷它所需要的力也減小，拉斷它所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)率相應(yīng)的就越高。

3.2.2 不同甬道溫度對(duì)氨綸力學(xué)性能的影響

測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)定下不同甬道溫度對(duì)應(yīng)的樣品斷裂伸長(zhǎng)率及斷裂強(qiáng)力，所得結(jié)果如圖6。

圖6 五種氨綸樣品的拉伸斷裂過(guò)程的拉力隨應(yīng)變的變化規(guī)律圖

從圖6可知伴隨著甬道溫度的增大，斷裂強(qiáng)力逐漸減小[7]。將5種氨綸樣品的斷裂伸長(zhǎng)率匯總于表4中。

表4 不同甬道溫度氨綸的300%彈性回復(fù)率

從表4中可以看出，當(dāng)甬道溫度增加時(shí)，氨綸的300%彈性回復(fù)率也呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其斷裂伸長(zhǎng)率也呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)[8]，當(dāng)甬道溫度進(jìn)一步增大時(shí)，彈性回復(fù)率隨著溫度的升高反而減小了。所以選擇中間值甬道溫度248 ℃為最佳。

4 結(jié)論

本文探討了甬道風(fēng)量和甬道溫度不同制備條件下對(duì)氨綸各項(xiàng)性能的影響，從氨綸絲的微觀結(jié)構(gòu)，斷裂伸長(zhǎng)率，斷裂強(qiáng)力，300%彈性回復(fù)率的變化率探討了不同制備條件對(duì)氨綸各項(xiàng)性能的影響。當(dāng)甬道風(fēng)量從630 m3/h升高到750 m3/h時(shí)，除了氨綸各項(xiàng)性能顯示也綜合考慮操作方便和安全性，甬道風(fēng)量為690m3/h時(shí)為最佳，所以當(dāng)甬道溫度從242增加到 250℃時(shí)，氨綸的300%彈性回復(fù)率，斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)力都存在一個(gè)最佳值，最終考慮到對(duì)產(chǎn)品性能的影響和能耗，將溫度定為248℃為最適宜。