高性能聚芳酯液晶纖維的成形與熱處理

　　液晶聚合物（LCP）是一類性能優(yōu)異的工程塑料，20世紀70年代后期人們開始對其進行基礎研究，到了80年代已有工業(yè)化生產(chǎn)。由于熱致性液晶聚合物相對于溶致性液晶聚合物，具有加工性好的特性，現(xiàn)在已成為開發(fā)新型的高強高模有機纖維和增強塑料的引人注目的研究對象，尤其是以TLCP開發(fā)成的纖維其應用領域非常寬廣。
　　
　　熱致性液晶芳香族聚酯的合成不僅沿用了聚酯的傳統(tǒng)合成方法，近年來許多研究者開拓了以下新的合成方法，從而促進了熱致性液晶芳香族聚酯的飛速發(fā)展。熱致性液晶芳香族聚酯的合成包括酰氯法、苯酯法、乙酰基化法、硅烷基化法和直接酯交換法。
　　
　　在一般的高聚物熔體紡絲中，絲條中形成的分子取向?qū)ζ滟|(zhì)量有重要意義，顯然對于液晶熔體紡絲尤其有特別實際意義。在高分子熔體紡絲過程中熔體絲條從噴絲孔擠出，經(jīng)卷繞裝置拉伸。噴絲孔管道內(nèi)高分子熔體分子的取向，在離開噴絲孔口的非常短的距離內(nèi)開始解取向，以后在軸向拉伸作用下分子又重新獲得取向。主鏈或側(cè)鏈型液晶高分子的顯著特點是在外力場作用下容易形成分子鏈取向。實驗證明，當液晶高分子流體通過噴絲孔、模口或流道，即使在低剪切速率下獲得取向，不進行后拉伸也能達到一般高分子經(jīng)拉伸后所達到的取向度。液晶高分子材料生產(chǎn)高強度高模量纖維的機制有待進一步研究，就一般的熔融紡絲來說，影響原絲強度的因素主要有溫度、剪切速率和噴頭拉伸比。
　　
　　紡絲溫度是影響液晶高分子力學性能的重要因素之一，必須設定在液晶溫度范圍內(nèi)。在此范圍內(nèi)溫度的改變也會影響成品的力學性能，關(guān)鍵在于應保證液晶共聚酯的高熔點微粒充分熔融而又不使其喪失液晶性。
　　
　　隨著成形過程中拉伸比和剪切速率的增加，將使液晶共聚酯熔體的線性膨脹系數(shù)減小，流道取向有所提升，從而導致力學性能上升。研究證明剪切速率太高時對力學性能改善不明顯，因為此時液晶熔體本身已經(jīng)具有很高的取向度。
　　
　　在熔紡過程中，速度通常為每分鐘數(shù)百米到上千米，噴頭拉伸比從幾到十幾。由于紡絲過程中，不需要脫溶劑，纖維強度幾乎不受纖度的影響，容易得到粗纖度的纖維。擠出拉伸比的增加將明顯提高液晶共聚酯的取向度，從而提高其力學性能。
　　
　　纖維的熱處理受到氛圍、溫度、時間的影響。*，常規(guī)集合物的熱定形主要是以結(jié)晶、取向等超分子結(jié)構(gòu)變化為特征的物理過程，而熱增強過程卻是一個伴隨著物理變化的化學過程，其實質(zhì)是既有一定取向的熱致性液晶聚合物在連續(xù)惰性氛圍中的固相聚合。不斷通入氣體有利于及時除去各種副產(chǎn)物并推動反應進行。所用氣體必須是惰性的或在真空中進行，以減少各種副反應。在不同的溫度下停留不同的時間，發(fā)現(xiàn)如果在整個過程熱處理中單純采用惰性介質(zhì)，則所得纖維強度zui大；如果整個過程中單純采用干熱空氣，纖維強度zui低；如果在該過程中先用惰性介質(zhì)，后階段改用干燥空氣，則纖維強度介于二者之間。
　　
　　*的熱處理溫度鷹接近但略低于熔點。由于受副產(chǎn)物擴散控制，加熱時間常常會持續(xù)數(shù)小時，在應力下纖維可能會發(fā)生斷裂或相互熔融，這都不利于提高強度，因此，纖維處于松弛狀態(tài)。取向?qū)τ谔岣邚姸仁株P(guān)鍵，剛性伸直鏈具有*的尺寸穩(wěn)定性，在松弛狀態(tài)下的熱處理時，其取向結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生太大的變化。
　　
　　在熱處理過程中，時間和溫度同樣非常關(guān)鍵，它們都存在一個*值。溫度應盡可能高，但又不能使纖維黏結(jié)融化。時間盡可能長，但又不能使纖維發(fā)生熱降解。實際上，在熱處理的過程中，纖維的熔點和分解溫度在不斷提高，因此可以采用逐步提高溫度的方法來縮短熱處理時間，達到提高熱處理效率的目的。
　　
　　液晶高分子材料生產(chǎn)高強度高模量纖維的機制還有待進一步研究，隨著合成工藝及紡絲熱處理技術(shù)的改進，纖維性能會進一步提高，成本會逐漸降低，預計熱致性聚酯液晶纖維將在未來會占有日益重要的地位，很值得開發(fā)應用。