聚酰亚胺的拉伸
日期：2018-11-09 13:46
对纤维进行拉伸处理是制备高性能纤维过程中的重要环节。未拉伸纤维常显示出低的强度、高的不可逆(塑性)形变和低模量等。拉伸将初生纤维在固态条件下不可复地拉伸至其原长的20%-200%,这种伸长常伴随大分子和微晶沿纤维轴的伸展和取向,而取向又常常有相结构的改变(结晶化或结晶区的部分破坏)以及其他结构特性的改变。
聚酰亚胺纤维的拉伸是指酰亚胺化后的纤维在它的微观结构尚未完全固定以前,在特定的张力和温度(>7)下使卷曲而无序的大分子沿轴向整理和伸展的过程。聚酰亚胺纤维具有的优异性能,不仅源于其特殊的化学结构,而且源于分子链沿纤维轴方向的高度取向及横向的二维有序排列。聚酰亚胺纤维一般为半结晶型聚合物材料,通过拉伸处理,其无定形区以及结晶区域都会沿纤维轴方向进行取向,但要得到高性能的聚酰亚胺纤维,则需要高的结晶度和高的取向度。在这一过程中,无序的大分子朝有序方向发展,大分子之间的接触点增加,分子间力增强,聚集区域扩大,为纤维的结晶提供条件。这时纤维的密度增加,拉伸断裂强度上升;纤维纤度变小,断裂伸长率下降;纤维表面光泽和热导性则呈现各向异性。总之,纤维经拉伸后综合力学性能得到改善,实用价值提高。
聚酰亚胺纤维的拉伸工序是在有两组或三组不同转速的导辊或导盘的拉伸装置上进行的。被拉伸的纤维或丝束从导辊或导盘的间距之间通过,两端导辊或导盘的速率比称为拉伸倍率(用DR表示),速差使纤维伸长。
一般情况下,在拉伸外力的作用下,原已形成的结晶单元并不是简单的顺着外力的作用方向,规则且整齐地排列,其中往往包含原有晶片的滑移、转动以致破裂,部分折叠链被拉伸成为伸直链,使原有结构部分或全部地遭到破坏,随后在新的平衡条件下,重新形成新的结晶结构,即组成折叠链片晶与在取向方向上贯穿于片晶之间的伸直链段等形成的丝晶状结构。在通常情况下,拉伸晶态高聚物,常常使晶态结构中的伸直链部分增加,折叠链的比例减少。随着晶片和晶片间缚结分子链段数的增多和它们序态的改善,纤维的取向度获得提高,同时纤维的强度也有所提高。 Harries等认为,要得到力学性能优异的聚酰亚胺纤维,必须对纤维在拉伸过程中的结晶速率进行控制,结晶速率太快,不利于纤维的拉伸,从而不利于微晶的取向;同时纤维在拉伸过程中由于工艺的差别还会直接引起其结晶度的改变,导致晶体的尺寸和形态的变化。因此,适合的拉伸格率、拉伸张力以及拉伸温度等一起构成了聚酰亚胺纤维的拉伸工艺参数。
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