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二维X射线衍射在涤纶工业丝研究中的应用

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摘要

1.1 研究背景及意义

1.2 涤纶工业丝分类及应用

1.3 涤纶工业丝基础研究的进展

1.3.1 增黏研究

1.3.2 涤纶工业丝热收缩性能研究

1.3.3 涤纶工业丝力学性能研究

1.3.4 涤纶工业丝各基础性研究之间的关系

1.4 涤纶工业丝的微观表征

1.4.1 结晶度测量

1.4.2 取向度测量

1.5 本课题提出背景及研究内容

1.5.1 课题提出背景

1.5.2 本论文的研究内容

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.3.1 二维X射线衍射对涤纶工业丝结晶度的测试

2.3.2 DSC对涤纶工业丝结晶度的测试

2.3.4 声速取向仪对涤纶工业丝取向度的测试

2.3.5 涤纶工业丝机械性能和干热收缩率测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 结晶度分析

2.4.2 涤纶工业丝晶粒尺寸大小

2.4.3 取向度分析

2.4.4 涤纶工业丝力学性能及干热收缩率

2.4.5 结晶度、取向度与涤纶工业丝性能的关系

2.5 本章小结

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验仪器

3.2.2 实验原料和药品

3.3 测试方法

3.3.1 涤纶工业丝表观形态的观察

3.3.2 特性黏度的测试

3.3.4 DSC法测结晶度

3.3.5 声速法测取向度

3.4 结果与讨论

3.4.1 两种HT型涤纶工业丝的表观形态结构

3.4.2 特性黏度分析

3.4.3 力学性能测试及分析

3.4.4 结晶度分析

3.4.5 取向度分析

3.4.6 微观结构对强损影响分析

3.5 本章小结

第四章 总结

参考文献

硕士期间发表论文

致谢

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摘要

涤纶工业丝强度高、模量大,具有良好的机械性能和应用性能,被广泛用作海底缆绳,输送带,土工格栅,帆布经线,膜结构材料,涂层织物(广告灯箱布等),轮胎帘子布,安全带等领域。近些年来,我国的涤纶工业丝产业持续快速发展,已成为我国具有国际竞争力优势的产业,其产量已占全球60%以上。但我国的涤纶产业自主研发能力还不够强,产品的品质和附加值还有待提高,不能很好适应功能性、绿色化、差异化、个性化消费升级需求。因此为了研发高性能涤纶工业丝和确保产品稳定性,必须把企业的生产工艺、涤纶工业丝的宏观性能和纤维的微观结构三者结合起来,其基础性研究是分析涤纶工业丝的内部复杂微观结构。
  本文选取普通高强丝(HT)、低收缩丝(LS)和超低收缩丝(SLS)这三种涤纶工业丝,分别采用二维X射线衍射法和差示扫描量热法测量三种丝的结晶度,采用二维X射线衍射法和声速法测试了取向度,同时运用万能试验机测量了三种丝的力学性能。研究表明:结晶最大(55.6%),微晶取向最小(89.60%)的SLS型工业丝干热收缩率最小(2.3%),尺寸稳定性最好;结晶度最小(47.1%),微晶取向最大(92.64%)的HT型工业丝断裂强度最大(8.3cN/dtex),断裂伸长率最小(15%);LS型介于二者之间。因此结晶度和晶粒尺寸是主要影响涤纶工业丝的干热收缩率,晶区取向度则是主要影响涤纶工业丝的断裂强度、断裂伸长率以及弹性模量。
  论文建立了一种分析涤纶工业丝微观结构的有效方法,而在研究不同工艺同种类型的涤纶工业丝中发现,显微分析显示表观结构无明显差异的两种HT型涤纶工业丝,其力学性能有很大的差异,有的甚至会出现强损现象。为了探究其原因,本文测试了不同生产阶段聚酯特性黏度的变化。通过二维X射线衍射法并联合其他测试手段研究其微观结构,发现非晶区取向是影响涤纶工业丝断裂强度的主要原因。此外两种涤纶工业丝结晶度不同,结晶度大意味着涤纶工业丝内部具有更规整的结构特征,其干热收缩率更大,具有更好的尺寸稳定性。本文还采用热拉伸结合二维X射线衍射技术研究不同温度和不同应变条件下两种HT涤纶工业丝微观结构变化,研究表明:涤纶工业丝的结晶度随着温度增大,表现为先减小后增大再减小的规律。而在不同应变条件下,两种涤纶丝各晶面取向表现出不同变化规律,(-110)晶面取向度随应变增大,先增后减,(010)和(100)晶面取向度随应变增大而增大,当应变继续增大时,所有晶面取向又会再次减小,其原因可能是工业化生产过程中较低拉伸有助于提升产品结构致密性,而较高的拉伸反会破坏内部结构,使之变疏松。本文利用二维X射线衍射技术并结合其他测试方法研究了涤纶工业丝的内部微观结构,建立了微观结构与宏观性能之间的关系,为涤纶工业丝工业化生产提供理论参考,具有重要的现实意义。

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