全氟共聚物纤维熔纺工艺及性能表征

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高性能全氟共聚物纤维因其具有独特的物理化学性能,已成为国民经济各个领域中不可缺少的一类新材料。目前国内已有从事聚四氟乙烯纤维生产的企业,但生产工艺复杂、耗能大、污染严重。本论文使用热辊牵伸机和自制柱塞式熔融挤出机熔纺制备出了全氟乙丙烯(FEP)纤维和四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)纤维单丝,并对纤维性能进行了研究。在优化熔融制备PFA单丝工艺的基础上,首次采用FDY工艺制备了PFA复丝。这种纺丝工艺具有占地少、工序简便、节能、低污染等优点。   比较了两种全氟树脂切片FEP和PFA的可纺性,结果发现PFA树脂切片可纺性更优。全氟共聚物适宜纺丝温度为330~370℃,纺丝速度300 m/min以上。采用差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG)、X.射线衍射分析(XRD)、动态热机械性能分析(DMA)对全氟共聚物纤维的结晶及热学性能进行了分析,用扫描电子显微镜(SEM)对其表面形貌进行了表征。热牵伸前后FEP、PFA纤维表面光滑,PFA具有更高的热分解温度,经过热牵伸处理后,PFA纤维及FEP纤维晶区缺陷减少,结晶更趋于完善,结晶度提高。全氟共聚物纤维牵伸后,储能模量增加,Tg升高,tanδ降低,结晶度提高。拉伸测试显示,FEP和PFA纤维的断裂强度和杨氏模量随着热牵伸倍数的增加而增加,而断裂伸长率减小。   Avrami方程可以准确地描述全氟共聚物材料的非等温结晶过程。本论文制备的PFA和FEP纤维的杨氏模量分别为3.8 GPa和0.9 GPa;断裂强度则分别为151.4 MPa和124.6 MPa;断裂伸长率分别为15.5%和21.2%。FDY工艺制备的PFA纤维断裂强度可达371.7 MPa,可以作为过滤材料、超疏水材料、航空构件等特种材料广泛应用于纺织、国防及航空航天等工业生产生活的各个方面。
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