芳綸1414熱處理過程中微結構演化及機理的原位SAXS/WAXD研究

《芳綸1414熱處理過程中微結構演化及機理的原位SAXS/WAXD研究》是依託深圳大學，由朱才鎮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：芳綸1414熱處理過程中微結構演化及機理的原位SAXS/WAXD研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：朱才鎮
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

芳綸1414（PPTA纖維）是產量最大、套用最廣的高性能纖維，在國防戰略和國民經濟建設等方面具有重要套用，在一些關鍵領域具有不可替代的優勢。熱處理是提高PPTA纖維性能的主要途徑之一。 本項目擬採用高強度、高準直性的同步輻射光源，利用原位小角X射線散射和廣角X衍射，結合其它現代測試方法和分子動力學模擬手段，系統考察PPTA纖維在複雜外場（溫度、張力、氣氛、熱處理時間等）下微結構（微晶、微孔及微纖等）的演化。通過對原位數據進行分析，全面、快速地表征纖維內部微結構的演化過程，剖析其演化機理。 期望能夠繪製出微孔、微纖和微晶等微結構隨複雜外場變化的詳細演化路徑，總結出相互影響的規律，建立外場-結構-性能之間的相關性，這不僅可對熱處理工藝提供理論指導，並有望找到微結構形成及演變過程中的關鍵過程及關鍵控制因素，而且對於豐富高分子物理有關剛性鏈的理論和聚集態結構演化機理也具有十分重要的學科意義。

結題摘要

高性能纖維具有高強、高模、耐腐蝕等優點，在國防戰略和國民經濟建設等方面具有重要套用，在一些關鍵領域具有不可替代的優勢。熱處理是提高纖維性能的主要途徑。本項目採用高強度、高準直性的同步輻射光源，利用原位小角X射線散射/廣角X衍射，系統研究了三大高性能纖維（芳綸、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維）熱處理過程中微結構的演化機理。通過對原位數據進行分析，全面、快速地表征纖維內部微結構的演化過程，剖析其演化機理。 項目執行過程中，研究團隊基於前期工作研製/完善了4套in-situ SAXS裝備、利用電泳分離的方法製備了尺寸均一的金納米棒，並將其混入聚氨酯拉伸後製備出了取向可控的各向異性散射樣品，驗證了建立的2D SAXS模型。利用該模型研究了芳綸纖維、碳纖維和超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPE）結構-性能之間的相關性、熱處理過程中微結構的演化及其機理。建立了溫度場、牽伸場、氣氛等多重外場作用下高性能纖維內微結構演化的路徑。 利用這些研究成果，研究團隊為國內多家高性能纖維製造企業提供了技術支持和分析檢測服務，如泰和新材、中簡科技股份有限公司、寧波大成新材料股份有限公司。另外，項目負責人也基於UHMWPE纖維超倍牽伸原位研究的成果，提出了低纏結、易牽伸UHMWPE樹脂及隔膜的製備方法。負責人帶領團隊分別在東華大學公斤級實驗線、寧波材料所30噸級生產線和寧波大成千噸生產線上將UHMWPE纖維的強度提高到了單絲≥46cN/dtex，復絲強度≥38cN/dtex（經平行測試比較，強度超過代表世界最高水平的DSM公司SK99型纖維。）。 項目完成期間培養了相關研究領域研究生3名、4名博士後，發表7篇國際專業學術論文，申請專利11項，授權2項，申請軟體著作權1項，並受邀在“第十屆全國高聚物分子與結構表征學術研討會”作關於“高性能材料中微納尺度缺陷的SAXS表征”的特邀報告（一共5個特邀報告），在該報告中，項目負責人全面、深入的展示了本項目的研究成果，研究成果得到了Xuhui 與會者和大會主席張俐娜院士的充分肯定。