磁场诱导芳砜纶纤维聚集态结构构建与性能优化

芳砜纶纤维是我国唯一拥有自主知识产权耐250℃以上的高温纤维。力学性能指标偏低是其做为高性能纤维应用的瓶颈；聚集态结构直接决定性能，解决瓶颈关键进行聚集态结构构建。结晶和取向态结构是纤维典型的聚集态结构，纤维取向有力于结晶，取向态结构是纤维聚集态结构构建核心内容，其成因机械拉伸取向，缺点分子链取向易松弛，形成皮芯结构和分子链取向几率低；磁场取向不同于机械拉伸取向，前期工作表明磁场诱导芳砜纶纺丝细流分子链剪切流动取向，可有效解决拉伸取向问题，其影响规律需进一步深入研究。本申请拟在芳砜纶纺丝工艺中引入磁场，表征不同纺程纤维的取向态和结晶结构及性能，系统研究纺丝工艺参数、磁场强度、施加位置和纤维取向态与结晶结构及性能间关系；基于这些研究，形成磁场诱导芳砜纶纺丝液大分子剪切流动取向的优化纺丝工艺和理论，尝试建立纤维聚集态结构构建的基本规律，充分利用磁场的取向，为实现纤维性能优化提供理论指导。

中文摘要.课题组在项目执行过程中，尽管项目实施过程中，遇到了实验条件和表征手段受限的问题（现有的表征仪器和设备，如XRD、SEM等诸多仪器设备均不能在线开展表征研究工作），课题组成员仍是齐心协力，基本上完成了项目制定的目标。具体工作包括如下几个部分，一制备了聚砜酰胺纺丝液和聚砜酰胺与四氧化三铁复合纺丝液，二自行设计和研制了外场引入的微型芳砜纶湿法纺丝装置和磁场辅助收集的取向排列静电纺丝装置及取向排列纤维的制备，三用流变仪对聚砜酰胺的可纺性进行了研究，并采用XRD、IR、电子拉力机等表征仪器表征纤维的结晶、取向等聚集态结构与力学性能等性能；四在聚砜酰胺与四氧化三铁复合液静电纺丝过程中，成功实现了纳米纤维的取向排列，结果表明，在一定的实验参数下，磁场是纤维聚集态结构构筑的一个可行的手段。并对其磁取向机理进行了探讨；五基于聚砜酰胺溶液体系的复杂性，开展了聚合物本体结晶的研究工作，以PTT为研究对象，采用双面扫描，研究发现在一定条件下，2T 磁场强度下， 195CPTT分子会发生磁取向，研究工作发表在Polymer Bulletin上；综述了国内外磁场对聚合物结晶取向等研究工作，结合自己的实验数据，初步提出了磁场才在在常规的湿法纺丝工艺条件下，通过改变磁场强度等参数，借助常规的表征手段表征纤维的取向和结晶结构及力学性能等数据，在经典的热力学理论基础上, 探讨了磁场对聚合物本体结晶过程的成核与生长的影响, 建立了相关结晶动力学理论方程. 初步认为, 磁场产生的“磁结晶效应”可能是由于晶相与非晶相之间磁化率差异导致了两相之间磁化能的差异, 也可能由于聚合物体系在结晶前会形成一种有序相, 减小了体系的熵值, 进而改变了结晶过程中的体系自由能, 影响其成核与晶体生长, 乃至整个结晶动力学方程. 利用Matlab 软件结合PLLA 的各结晶参数值, 绘制了结晶自由能与各成核临界参数之间的函数图像. 结果表明, 在低过冷度下, 较小的自由能扰动可能导致较大的晶核临界参数变化.初步提出磁场诱导聚合物本体结晶动力学机理，相关工作发表在2012年《中国科学》化学版，芳砜纶纺丝液中分子链剪切流动取向的机理及磁场诱导大分子取向进行聚集态结构构建理论初步形成。现取得的成果，申请中国专利10项， 获授权的发明专利5项，实用新型专利1项，发表三大检索文章，即SCI和EI文章11篇。