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在传统熔融纺丝技术中,由于纺丝甬道的介质为空气,丝条在纺丝甬道中受到的应力有限,所制纤维在牵伸前取向度和结晶度都较低。液相恒温浴(Liquid Isothermal Bath,LIB)技术通过在丝条成形过程中添加LIB装置,采用液体作为介质,使丝条在形变时受到可控的温度和应力,从而调控聚合物有序结构的生成,并通过优化条件使纤维具备优异的性能。
聚乳酸(一般指左旋聚乳酸,为简略论文中仍以PLA表示)纤维具有生物基和生物可降解的特点,因而被广泛研究以期能够部分替代石油基纤维;但采用传统熔融纺丝技术纺制的PLA纤维强度不高,限制了PLA纤维应用领域的拓展。
本文通过采用LIB技术纺制PLA纤维,研究了纺丝速率、LIB液相温度和LIB液面与喷丝板的距离(Ls)这三个纺丝动力学条件对PLA纤维取向和结晶的影响,并结合纤维性能变化做了探讨。具体结论如下:
(1)采用LIB技术能有效提高PLA未牵伸纤维的取向度和结晶度,使纤维具有较好的力学性能;本实验中所制PLA未牵伸纤维强度最高可达4.4cN/dtex,相应断裂伸长率为28.3%,取向度为0.59,结晶度为49.2%;经牵伸后纤维拉伸强度可提升至5.14cN/dtex,相比于传统熔融纺丝牵伸后得到的纤维,其强度提升了13%。
(2)采用LIB技术纺制PLA纤维时,纺丝速率、LIB液相温度以及Ls的变化均会对PLA纤维结构与性能产生影响。随纺丝速率升高,PLA纤维在取向度、结晶度提升的同时,其内部缺陷(微孔)也会增多,采用热牵伸工艺可使纤维的缺陷减少或消失。在合适的液相温度(100℃~120℃)、纺丝速率(2000m/min)以及Ls(约90cm)条件下制备的PLA纤维在结构上具有高取向度高结晶度的特点,力学性能上则表现为较高的拉伸强度和较低的断裂伸长率。