《磁場誘導芳碸綸纖維聚集態結構構建與性能最佳化》是依託上海大學，由劉麗擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁場誘導芳碸綸纖維聚集態結構構建與性能最佳化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉麗
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
芳碸綸纖維是我國唯一擁有自主智慧財產權耐250℃以上的高溫纖維。力學性能指標偏低是其做為高性能纖維套用的瓶頸；聚集態結構直接決定性能，解決瓶頸關鍵進行聚集態結構構建。結晶和取向態結構是纖維典型的聚集態結構，纖維取向有力於結晶，取向態結構是纖維聚集態結構構建核心內容，其成因機械拉伸取向，缺點分子鏈取向易鬆弛，形成皮芯結構和分子鏈取向幾率低；磁場取向不同於機械拉伸取向，前期工作表明磁場誘導芳碸綸紡絲細流分子鏈剪下流動取向，可有效解決拉伸取向問題，其影響規律需進一步深入研究。本申請擬在芳碸綸紡絲工藝中引入磁場，表征不同紡程纖維的取向態和結晶結構及性能，系統研究紡絲工藝參數、磁場強度、施加位置和纖維取向態與結晶結構及性能間關係；基於這些研究，形成磁場誘導芳碸綸紡絲液大分子剪下流動取向的最佳化紡絲工藝和理論，嘗試建立纖維聚集態結構構建的基本規律，充分利用磁場的取向，為實現纖維性能最佳化提供理論指導。
結題摘要
中文摘要 課題組在項目執行過程中，儘管項目實施過程中，遇到了實驗條件和表征手段受限的問題（現有的表征儀器和設備，如XRD、SEM等諸多儀器設備均不能線上開展表征研究工作），課題組成員仍是齊心協力，基本上完成了項目制定的目標。具體工作包括如下幾個部分，一製備了聚碸醯胺紡絲液和聚碸醯胺與四氧化三鐵複合紡絲液，二自行設計和研製了外場引入的微型芳碸綸濕法紡絲裝置和磁場輔助收集的取向排列靜電紡絲裝置及取向排列纖維的製備，三用流變儀對聚碸醯胺的可紡性進行了研究，並採用XRD、IR、電子拉力機等表征儀器表征纖維的結晶、取向等聚集態結構與力學性能等性能；四在聚碸醯胺與四氧化三鐵複合液靜電紡絲過程中，成功實現了納米纖維的取向排列，結果表明，在一定的實驗參數下，磁場是纖維聚集態結構構築的一個可行的手段。並對其磁取向機理進行了探討；五基於聚碸醯胺溶液體系的複雜性，開展了聚合物本體結晶的研究工作，以PTT為研究對象，採用雙面掃描，研究發現在一定條件下，2T 磁場強度下， 195CPTT分子會發生磁取向，研究工作發表在Polymer Bulletin上；綜述了國內外磁場對聚合物結晶取向等研究工作，結合自己的實驗數據，初步提出了磁場才在在常規的濕法紡絲工藝條件下，通過改變磁場強度等參數，藉助常規的表征手段表征纖維的取向和結晶結構及力學性能等數據，在經典的熱力學理論基礎上, 探討了磁場對聚合物本體結晶過程的成核與生長的影響, 建立了相關結晶動力學理論方程. 初步認為, 磁場產生的“磁結晶效應”可能是由於晶相與非晶相之間磁化率差異導致了兩相之間磁化能的差異, 也可能由於聚合物體系在結晶前會形成一種有序相, 減小了體系的熵值, 進而改變了結晶過程中的體系自由能, 影響其成核與晶體生長, 乃至整個結晶動力學方程. 利用Matlab 軟體結合PLLA 的各結晶參數值, 繪製了結晶自由能與各成核臨界參數之間的函式圖像. 結果表明, 在低過冷度下, 較小的自由能擾動可能導致較大的晶核臨界參數變化.初步提出磁場誘導聚合物本體結晶動力學機理，相關工作發表在2012年《中國科學》化學版，芳碸綸紡絲液中分子鏈剪下流動取向的機理及磁場誘導大分子取向進行聚集態結構構建理論初步形成。現取得的成果，申請中國專利10項， 獲授權的發明專利5項，實用新型專利1項，發表三大檢索文章，即SCI和EI文章11篇。
