劉政杰，張?zhí)祢?，包建文

(1.北京服裝學(xué)院服裝材料研究開發(fā)與評價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029;2.北京航空材料研究院先進(jìn)復(fù)合材料國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100095)

聚醚砜(PES)是一種耐熱性極佳的熱塑性無定形聚合物［1］，其結(jié)構(gòu)中硫原子處于最高氧化態(tài)，砜基團(tuán)處于較高的對位共振態(tài)，分子中醚鍵允許相鄰鏈段旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，決定了PES纖維具有許多優(yōu)良性能。隨著航空航天用復(fù)合材料的快速發(fā)展，對PES纖維的需求量越來越大，要求也越來越高，所以進(jìn)一步研究性能優(yōu)異的PES纖維具有重要的意義［2］。目前，PES纖維的制備主要有以下3種方式:靜電紡絲、濕法紡絲和熔融紡絲。靜電紡絲法［3］產(chǎn)量不高，滿足不了大批量的需求;濕紡絲法［4－5］工藝比較復(fù)雜，加工成本高，對溶劑的選擇和后處理比較繁瑣，溶劑回收困難;熔融紡絲法［6－8］紡絲溫度高，組件清理麻煩，對設(shè)備等各方面要求高，且纖維線密度一般大于6 dtex，限制了其應(yīng)用開發(fā)。因此，需尋找一種適合的方法來制備PES纖維。作者將PES和聚酰胺6(PA6)按不同的質(zhì)量比進(jìn)行共混紡絲，以改善PES纖維的可紡性，從而制備出滿足市場需求的PES纖維。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

PES樹脂:德國BASF公司產(chǎn);PA6切片:岳陽巴陵石化化纖有限公司產(chǎn)。

1.2 設(shè)備與儀器

紡絲機(jī)組和小型卷繞機(jī):紡絲溫度0～400℃，卷繞速度0～1 000 m/min，自制;DZF-6050型真空干燥箱:上海一恒科學(xué)儀器有限公司制。

DSC6200熱分析儀、TG/DTA6300熱重分析儀:Selko Instruments Ino公司制;XNR-450熔體流動速率儀:長春市月明小型試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司制。

1.3 熔融紡絲及卷繞

將不同質(zhì)量比PES/PA6共混物混勻后，在自制紡絲組件中經(jīng)過噴絲孔(36孔、孔徑0.7 mm)擠出成絲，并在不同卷繞速度下進(jìn)行卷繞。

1.4 測試

熱性能:采用差示掃描量熱(DSC)儀及熱失重(TG)分析儀測試。DSC:升溫速率20℃/min，氮?dú)鈿夥眨髁?0 mL/min;TG:升溫速率10℃/min，氮?dú)鈿夥?，流?00 mL/min。

熔體流動指數(shù)(MFI):將不同質(zhì)量比的PES/PA6共混物摻混均勻，在2.16 kg的載荷下，分別在300，310，320℃下通過直徑2 mm的口模進(jìn)行熔融共混擠出，測定MFI。

力學(xué)性能:采用HD021N型電子單紗強(qiáng)力儀進(jìn)行測試。強(qiáng)力為0～200 cN;拉伸速度為500 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料熱性能分析

從圖1可以看出，PES是一種無定型材料，不結(jié)晶，無熔點(diǎn)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為228.1℃，起始熱分解溫度為537.5℃。PA6的 Tg為47.9℃，熔融溫度為221.4℃，起始分解溫度為424.7℃，相比于PES，其熱穩(wěn)定性略差。

圖1 PES和PA的DSC曲線和TG曲線Fig.1 DSC and TG curves of PES and PA

2.2 PES/PA6共混物的MFI

由表1可以看出:與純 PES相比，PES/PA6共混物熔體黏度減小，熔體流動性明顯改善，MFI顯著提高;相同溫度下，PA6含量增加，PES/PA6共混物的MFI增大，熔體黏度減小，流動性顯著改善;mPES/mPA6相同時(shí)，PES/PA6共混物的MFI隨著溫度的增加而顯著增大，熔體流動性增大。

表1 PES/PA6共混物在不同mPES/mPA6和溫度下的MFITab.1 MFI of PES/PA6 blends at different mPES/mPA6and temperatures

2.3 PES/PA6共混纖維的熱穩(wěn)定性

由表2可看出，不同組成比PES/PA6共混纖維的起始熱分解溫度差別不大，都在400℃以上，但與純PES樹脂相比，起始熱分解溫度降低了很多。故在后續(xù)的加工和使用中應(yīng)對此有所考慮。

表2 不同mPES/mPA6PES/PA6共混纖維的TG測試結(jié)果Tab.2 TG results of PES/PA6 blend fibers at different mPES/mPA6

2.4 PES/PA6共混物的紡絲工藝

2.4.1 紡絲溫度

PES樹脂為假塑性流體，其熔體黏度對溫度和剪切速率較敏感，單獨(dú)熔融紡絲時(shí)，可通過溫度和螺桿的剪切作用來調(diào)節(jié)熔體黏度［9－10］。

由表3可見，與純PES熔融紡絲相比，PES/PA6共混物共混紡絲的紡絲溫度要低很多，說明PA6的加入顯著地提高了PES的熔體流動性，降低了熔體黏度，改善了PES纖維的可紡性。在不同的組成比條件下，PES/PA6共混物在合適紡絲溫度范圍內(nèi)都可以順利紡絲，有比較好的可紡性，并且可以在合適的紡絲速度下進(jìn)行卷繞。

表3 PES/PA6共混物在不同mPES/mPA6下的紡絲溫度Tab.3 Spinning temperature of PES/PA6 blends at different mPES/mPA6

2.4.2 卷繞速度

紡絲速度的提高使初生纖維中分子鏈的取向性提高，降低了纖維的可拉伸性，同時(shí)線密度減小。但是，如果紡絲速度過高，熔體的不穩(wěn)定流動加劇，導(dǎo)致擠出的細(xì)絲表面呈粗糙、扭曲和畸變，極易斷裂，使紡絲無法正常進(jìn)行。

由表4可見，隨著PA6含量提高，卷繞速度范圍呈增大趨勢，說明其可紡性隨PA6含量的提高而變好，但在PES含量高的情況下，卷繞速度還是相對比較低。由于共混紡絲的目的是改善PES的可紡性，因此還需要進(jìn)一步研究以PES為主成分的PES/PA6共混物的合適紡絲速度。

表4 PES/PA6共混物在不同mPES/mPA6下的卷繞速度Tab.4 Winding speed of PES/PA6 blends at different mPES/mPA6

2.5 PES/PA6共混纖維的力學(xué)性能

由表5可以看出，對于不同質(zhì)量比的PES/PA6共混纖維，PES含量越高，拉伸絲力學(xué)性能越差。總體上，PES/PA6共混纖維的斷裂強(qiáng)度不高，最大值為2.25 cN/dtex，這可能是由于PES本身是沒有結(jié)晶能力的聚合物，拉伸后發(fā)生取向的同時(shí)，并不像聚酯等常見纖維一樣發(fā)生相態(tài)的變化，而且受到拉伸設(shè)備的限制，目前所能達(dá)到的拉伸效果還不理想。

表5 不同mPES/mPA6PES/PA6共混纖維的力學(xué)性能Tab.5 Mechanical properties of PES/PA6 blend fibers at different mPES/mPA6

3 結(jié)論

a.與純PES相比，PES/PA6共混物的熔體流動性顯著提高，熔體黏度大大降低。

b.PES/PA6共混物具有較好的可紡性，相比純PES，紡絲溫度大大降低;PES/PA6質(zhì)量比為70/30～30/70，共混物的紡絲溫度為320～340℃，卷繞速度為100～400 m/min。

c.PES/PA6共混纖維的起始熱分解溫度與純PES相比有所下降。隨著共混纖維中PES含量的增加，力學(xué)性能越差。

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