固化反应诱导相分离调控聚乙烯醇增韧三聚氰胺纤维的结构与性能

本项目拟从相态结构控制入手开展对湿法纺丝制备PVA增韧三聚氰胺纤维的研究。通过对决定纤维最终相态结构的固化反应诱导相分离过程进行分析，研究各种热力学及动力学因素对纤维固化过程中相分离机制的影响，并同时研究固化过程中PVA结晶结构的形成规律，控制纤维的化学组成以及固化过程获得具有不同相态结构以及PVA结晶结构的PVA增韧三聚氰胺纤维。分析纤维相态结构与纤维性能之间的相互关系，建立通过固化反应诱导相分离过程控制PVA增韧三聚氰胺纤维结构与性能的方法。研究结果对提升PVA增韧三聚氰胺纤维性能，扩大其应用范围，以及指导生产实践等均具有重要意义。

热固性纤维由其出色的阻燃性能、低毒无卤、优异的热稳定性以及低廉的原料成本等而受到研究者们和各方研究机构的关注。而目前热固性纤维的发展及应用瓶颈主要在于其较差的力学性能，特别是其韧性不佳。因此对热固性纤维的研究主要集中于对其增韧改性方面。本项目对于三聚氰胺纤维（MF纤维）这一典型的热固性纤维提出采用聚乙烯醇（PVA）作为增韧剂，并通过反应诱导相分离控制纤维内部PVA增韧相的结构及分布。研究影响体系反应诱导相分离的因素、纤维相态结构和纤维性能三者之间的关系，建立通过固化反应诱导相分离过程控制PVA增韧MF纤维结构与性能的方法。研究发现，复合纺丝原液中MF树脂与PVA的质量比超过5:5后所制得的纤维才可获得较好的阻燃性能。MF树脂和PVA复合纺丝原液的相态结构受到体系的组成、MF树脂的羟甲基化度和反应程度、PVA的聚合度及醇解度、分散剂种类和用量、温度等多种因素的影响。MF树脂的羟甲基化程度越高，其与PVA溶液相容性越好，所制得的纤维氮流失率越低，但纤维的力学性能和耐热水性能不佳。通过改变MF树脂的反应程度可以使其与PVA溶液共混后的纺丝原液呈现海岛-双连续-相反转等不同的相态结构，这些不同结构的复合原液经纺丝和热处理固化后可获得不同相态结构及性能的复合纤维。当PVA与MF树脂质量比为3:7时，MF树脂水混合性指数为1.60时，所制成的复合纤维中PVA呈连续增韧相，纤维断裂强度达到4.29cN/dtex，断裂伸长达到13.55%，极限氧指数为43.1%，热水中软化点达到121℃。表明通过反应诱导相分离对MF/PVA复合纺丝原液和纤维的相态结构进行合理的调控，可以使PVA充分发挥其增韧效果，获得综合性能优良的MF/PVA复合纤维。研究结果对于热固性纤维材料的结构设计和性能提升具有一定的指导价值。同时对提升PVA增韧三聚氰胺纤维性能，扩大其应用范围，以及指导生产实践等均具有重要意义。