耐高温干法氨纶的研制

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聚氨酯弹性纤维,简称为氨纶,其独特的软硬段结构使其拥有高回弹、低模量的特性,因而在服装和纺织行业中的运用日益广泛。但是,面对日益要求更高的高温染色工艺与高温热定型需求,耐高温氨纶的研制逐渐受到关注。本文针对氨纶高温下较为薄弱的硬段入手,采用调整扩链剂的方法来提升聚氨酯的耐热性,进行干法氨纶可用的耐高温聚氨酯的合成,在此基础之上进行耐高温干法氨纶的研制,并研究了耐热性能与结构之间的关系。具体的研究包括:(1)以聚四亚甲基醚二醇(PTMG)和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为预聚体,采用预聚-扩链法合成聚氨酯,扩链剂包括反式-1,4-二氨基环己烷(CHDA)、1,2-乙二胺(EDA)、1,6-己二胺(HMDA)。合成聚氨酯的粘度控制在400-1500 Pa·s的范围内,红外光谱证明成功合成了聚氨酯。聚氨酯热稳定性最好的为EDA5.0,其初始分解温度为276℃,T5%为323℃。聚氨酯薄膜经过热处理后,除了HMDA5.0外,其他扩链剂薄膜均有比较好的强度保持率,其中EDA5.0的干热拉伸强度保持率为110%,湿热强度保持率为114%。(2)以CHDA/1,2-丙二胺(PDA)和单纯EDA两种扩链剂体系,采用相同的干法纺丝工艺制备了四种氨纶样品。氨纶的数均相对分子量Mn范围为5.1-7.5×10~4DA,纺前粘度的范围为243-595 Pa·s,四种聚氨酯均有很好的可纺性。与薄膜相比,氨纶成形过程中的高温拉伸提高了取向与结晶度。EDA氨纶比CHDA/PDA氨纶有更高的Tg,而Tms和ΔHms则相对较低。聚氨酯热稳定性最好的为EDA6.0,其初始分解温度为274℃,T5%为305℃。四种氨纶热处理后强度保持率比较出色,略高于薄膜样品的强度保持率。EDA6.0的干热断裂强度保持率为113%,湿热断裂强度保持率为181%;CHDA/PDA的初生纤维性能较差,但湿热处理后,断裂强度和断裂伸长率均大幅提高。由于热处理后氨纶分子链更容易运动,微相分离度提高,所以更容易在拉伸作用下形成更加规整的结构。四种氨纶的强度保持率均高于市售普通氨纶,与市售耐高温氨纶接近,基本可以满足高温环境下的加工需求。但对于不同扩链剂体系的可纺性需要进一步的纺丝工艺优化,以提高初生纤维的强度。
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