熱軋壓力和溫度對(duì)聚苯硫醚熔噴非織造布性能的影響

聚苯硫醚是一種具有芳環(huán)和帶硫原子的高科技材料。結(jié)構(gòu)中存在較大的張力限制，完整性好，耐高低溫、耐腐蝕性好、耐輻射、尺寸穩(wěn)定性和電性能等。本文采用自行設(shè)計(jì)的熔噴裝置,通過試驗(yàn)制備PPS熔噴非織造布,研究不同熱軋壓力和溫度對(duì)PPS熔噴非織造布的拉伸性能、形貌、熱收縮率、透氣率、親水性的影響,以期為PPS熔噴非織造布的實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。1試驗(yàn)部分1.1原材料PPS切片,其熔點(diǎn)為285℃,由德陽科吉高新材料有限責(zé)任公司提供,使用前于140℃真空烘箱中干燥24h。1.2pps非織層壓頭的制備和工藝采用實(shí)驗(yàn)室定制的熔噴試驗(yàn)機(jī)制備PPS熔噴非織造布,如圖1所示1.3測(cè)試1.3.1拉伸性能測(cè)試將熱軋后的PPS熔噴非織造布裁剪成150mm×15mm的試樣,其拉伸性能按國(guó)標(biāo)GB/T3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》進(jìn)行測(cè)試,計(jì)算拉伸強(qiáng)度F(MPa):其中:P為最大負(fù)荷,N;b為試樣工作部分寬度,mm;d為試樣工作部分厚度,mm。計(jì)算斷裂伸長(zhǎng)率ε(%):其中:L1.3.2熔噴非織造布的微觀形貌采用掃描電子顯微鏡(JSM-6510LVScanningElectronicMicroscope)觀察熱軋前后的PPS熔噴非織造布的微觀形貌。1.3.3熱收縮率測(cè)試將熱軋后的PPS熔噴非織造布裁剪成20mm×20mm的試樣,在不同溫度下恒溫30min,觀察試樣的尺寸變化,計(jì)算熱收縮率G(%):其中:S1.3.4通風(fēng)率測(cè)試透氣率測(cè)試依據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行1.3.5靜態(tài)水接觸角測(cè)定采用KRUSS(DSA100)接觸角測(cè)定儀,在溫度為25℃、相對(duì)濕度為50%的條件下,測(cè)定試樣的5個(gè)不同部位的靜態(tài)水接觸角,取平均值。2結(jié)果與討論2.1拉伸性能的變化本文首先考察熱軋壓力對(duì)PPS熔噴非織造布拉伸性能的影響。圖1為不同熱軋壓力下PPS熔噴非織造布的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率,熱軋溫度為75℃。從圖2可以看出,隨著熱軋壓力增大,PPS熔噴非織造布的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢(shì),當(dāng)熱軋壓力為50.0MPa時(shí),PPS熔噴非織造布的拉伸強(qiáng)度達(dá)到20.3MPa。這是由于高壓熱軋使PPS熔噴非織造布中的纖維堆疊更加緊密,纖維之間的抱合力增強(qiáng),當(dāng)受到外力拉伸時(shí),纖維不容易滑移,因此拉伸強(qiáng)度提高從圖2還可看出,隨著熱軋壓力的增加,PPS熔噴非織造布的斷裂伸長(zhǎng)率小幅度下降。由此可見,熱軋使得PPS熔噴非織造布的纖維間滑移減小,其拉伸形變主要表現(xiàn)為PPS纖維的受力伸長(zhǎng),這在PPS熔噴熔噴非織造布的單根纖維拉伸試驗(yàn)中可以直接觀察到。為了考察熱軋溫度對(duì)PPS熔噴非織造布拉伸性能的影響,固定熱軋壓力為50.0MPa、熱軋時(shí)間為10s,在不同熱軋溫度下處理PPS熔噴非織造布樣品,其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率如圖3所示。PPS屬于易結(jié)晶聚合物。一般來講,溫度對(duì)聚合物纖維材料的結(jié)晶影響顯著,而結(jié)晶度決定了纖維的強(qiáng)度和形變性能。結(jié)晶度增加,則纖維拉伸強(qiáng)度增大,但伸長(zhǎng)率下降。從圖3中的拉伸強(qiáng)度曲線可以看出,當(dāng)熱軋溫度低于100℃時(shí),PPS熔噴非織造布的拉伸強(qiáng)度隨著熱軋溫度升高呈線性增長(zhǎng);當(dāng)熱軋溫度超過100℃時(shí),PPS熔噴非織造布的拉伸強(qiáng)度出現(xiàn)急劇上升。PPS樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T圖3中的斷裂伸長(zhǎng)率隨著熱軋溫度升高呈倒S形的曲線。當(dāng)熱軋溫度低于PPS的T2.2pps熔噴非織造布的表面形貌為了進(jìn)一步探索熱軋條件影響PPS熔噴非織造布拉伸性能的原因,本文對(duì)熱軋前后的PPS熔噴非織造布的微觀形貌進(jìn)行觀察,如圖4所示,其中熱軋壓力和溫度分別為50.0MPa、85℃。對(duì)比熱軋前后的PPS熔噴非織造布的表面纖維形貌,可以看出,熱軋使PPS熔噴非織造布的纖維間接觸點(diǎn)及接觸面積增加,纖維間甚至出現(xiàn)粘連,因此,纖維間滑移阻力顯著增大,這與前面的拉伸性能分析結(jié)果一致。從纖維尺寸變化來看,熱軋使得PPS熔噴非織造布表層的纖維扁平化,在其掃描電鏡圖中表現(xiàn)為纖維直徑變大的假象。2.3熔噴非織造布的穩(wěn)定性對(duì)經(jīng)過熱軋(50.0MPa、85℃)的PPS熔噴非織造布進(jìn)行熱收縮測(cè)試,其結(jié)果如圖5所示。從圖5可知,PPS熔噴非織造布樣品在不同溫度下(90、95、100、105、110℃)的熱收縮率分別為10%、20%、23%、25%、30%,呈持續(xù)上升的趨勢(shì),同時(shí),PPS熔噴非織造布隨著測(cè)試溫度的提高而呈現(xiàn)明顯卷曲。上述熱收縮現(xiàn)象是由于PPS熔噴纖維成型過程中,必須采用高速熱風(fēng)對(duì)PPS初生纖維進(jìn)行牽伸取向,以獲得物理性能更佳的纖維,但同時(shí)也導(dǎo)致PPS熔噴非織造布內(nèi)存在較大的內(nèi)應(yīng)力,在高于PPS玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的環(huán)境下,纖維分子鏈松弛,從而使熔噴非織造布出現(xiàn)收縮。另一方面,采用熔噴法制備的PPS熔噴非織造布的結(jié)晶度較低,當(dāng)其處于高溫環(huán)境中時(shí),PPS會(huì)發(fā)生結(jié)晶,而且溫度越高,PPS的結(jié)晶速率越快、結(jié)晶度越高,分子鏈排列更加緊密,使得PPS熔噴非織造布的熱收縮率增大。2.4pps熔噴非織造布的透氣性在熱軋溫度為75℃的條件下,經(jīng)不同熱軋壓力(10.0、20.0、30.0、40.0、50.0MPa)處理后的PPS熔噴非織造布的透氣率如圖6所示。由圖6可知,隨著熱軋壓力增加,PPS熔噴非織造布的透氣率呈下降趨勢(shì)。當(dāng)熱軋壓力為10.0MPa時(shí),PPS熔噴非織造布的透氣率為205.80L/(m為了考察熱軋溫度對(duì)熔噴非織造布透氣率的影響,在熱軋壓力為50.0MPa的條件下,采用不同熱軋溫度(25、50、75、80、85、90、95、100、105℃)處理后的PPS熔噴非織造布的透氣率如圖7所示。由圖7可知,PPS熔噴非織造布的透氣率隨著熱軋溫度的升高也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在常溫下對(duì)PPS熔噴非織造布進(jìn)行冷軋,其透氣率為863.00L/(m綜合以上分析表明,以50.0MPa、50℃熱軋后,PPS熔噴非織造布的透氣率高、拉伸性能優(yōu)良。2.5熔噴非織造布的疏水性在熱軋壓力為50.0MPa的條件下,經(jīng)不同熱軋溫度處理的PPS熔噴非織造布的接觸角測(cè)試結(jié)果如圖8所示。從圖8可以看出,隨著熱軋溫度逐漸升高,PPS熔噴非織造布的接觸角呈下降趨勢(shì)。當(dāng)熱軋溫度為25℃時(shí),PPS熔噴非織造布的接觸角為155°,呈現(xiàn)較強(qiáng)的疏水性;當(dāng)熱軋溫度為105℃時(shí),PPS熔噴非織造布的接觸角為72°,呈現(xiàn)親水性。以25℃冷軋時(shí),PPS熔噴非織造布表面存在大量的凸起纖維束,表面粗糙,當(dāng)水滴接觸布面時(shí)不易鋪展開,即熔噴非織造布表現(xiàn)出強(qiáng)的疏水性。當(dāng)熱軋溫度為75℃時(shí),PPS熔噴非織造布的接觸角為126°,依然表現(xiàn)出較強(qiáng)的疏水性。當(dāng)熱軋溫度接近PPS的玻璃化溫度時(shí)(88℃),PPS熔噴非織造布的接觸角為82°,表現(xiàn)為一定的親水性。當(dāng)熱軋溫度更高時(shí),PPS熔噴非織造布的接觸角更小,親水性更強(qiáng)。因此,PPS熔噴非織造布的親水性可以通過改變熱軋溫度來加以調(diào)控。3pps熔噴非織造布的熱收縮率(1)當(dāng)熱軋壓力為50.0MPa、熱軋溫度為85℃時(shí),PPS熔噴非織造布的拉伸強(qiáng)度最佳,達(dá)到29.4MPa;通過SEM觀察發(fā)現(xiàn),采用較高的熱軋壓力和熱軋溫度,PPS熔噴非織造布中的纖維發(fā)生粘連,其拉伸性能增強(qiáng);對(duì)經(jīng)50.0MPa、85℃熱軋的PPS熔噴非織造布進(jìn)行熱收縮率測(cè)試,在90、95、100