熱致性液晶聚芳酯（TLCP）纖維是一種高性能產業(yè)用纖維，具有高強高模、耐高溫性、耐化學腐蝕性，具有極小的線膨脹系數、耐老化等優(yōu)異的性能。 目前有關TLCP初生纖維熱處理工藝的開發(fā)十分薄弱。TLCP聚芳酯纖維一般采用熔融紡絲方法制備。由于聚芳酯液晶熔體黏度隨分子量的增高而急劇增大，因此在紡絲應用中對其分子量有一定限制，往往使得纖維強度達不到要求，這是熔融型液晶紡絲中所遇到的主要問題。 為了進一步提高纖維性能，通常采用熱處理（即后固相聚合）方式來增加聚芳酯纖維的分子量，完善纖維結晶，從而進一步提高纖維的強度。熱處理過程中的固相聚合反應涉及聚芳酯分子鏈酯交換反應和分子鏈末端的酯化反應，兩種反應將產生水和醋酸等小分子副產物，不會對環(huán)境產生危害。 本次測試所用的TLCP纖維是由商業(yè)用Vectran液晶聚酯切片通過四川省紡織科學研究院高性能纖維研究室自組裝的雙螺桿熔融紡絲機設備獲得，噴絲板孔徑為0.30mm，孔數為50個，纖維的平均線密度為367.99dtex。通過借鑒PET和聚酰胺固相縮聚動力學的研究，以熱致性液晶聚芳酯初生纖維為原料，對TLCP纖維的后固相聚合宏觀動力學進行研究，并對熱處理前后TLCP纖維的熱學性能及表面形態(tài)進行研究。 經過分析發(fā)現(xiàn)，TLCP纖維在航空航天、裝甲防護、艦艇繩纜等國防領域和高溫過濾材料等軍民兩用增強材料領域方面的應用非常廣泛。
自制真空烘箱對TLCP纖維進行熱處理
熱處理過程中，TLCP纖維后固相聚合產生的小分子副產物不斷脫出，TLCP纖維的質量隨熱處理時間變化不斷減小，以不同熱處理時間TLCP纖維產生小分子副產物的量隨時間的變化來研究后固相聚合宏觀動力學。實驗過程中保證同一溫度下不同熱處理時間纖維的熱歷史相同，失重率定義為同一溫度下不同的熱處理時間單位質量的TLCP纖維產生小分子副產物的量。
220℃熱處理溫度下TLCP纖維失重率與強度關系
從圖中可以看到，纖維強度以及失重率均隨熱處理時間的延長而增大。 熱處理前期纖維強度增大速率比纖維失重率的增加要快；后期纖維強度增大速率小于纖維失重率的增速。 TLCP纖維熱處理過程中纖維強度的增加源于聚芳酯分子量的增加以及結晶度的提高，因此，在220℃熱處理過程的前期（9h前），纖維強度的增加可能主要受纖維結晶度提高以及分子量增長的影響，后期強度的提高則主要是聚芳酯分子量的增加所致。 此外，從圖中還可以看到在220℃溫度下經90h熱處理后，纖維的強度才達到9.73cN/dtex，說明要想在220℃熱處理溫度下得到高強度的TLCP纖維，熱處理時間要≧90h，耗時較長。在其他熱處理溫度條件下，纖維間出現(xiàn)粘結現(xiàn)象，取束纖維樣品比較困難，且粘結對纖維的力學性能影響顯著，因此還需要進一步的測試。
熱處理溫度對后固相聚合影響分析

從上圖可以看出，相同熱處理時間下，TLCP纖維的失重率隨著熱處理溫度的升高而增加，且熱處理溫度越高，失重率增加越快。此外，從圖中可以看出， 250℃左右的熱處理溫度為失重率變化的轉折點。 熱處理溫度提高一方面增加聚芳酯分子鏈端基的擴散速度和活性，使得酯交換反應和縮合反應速度加快；另一方面，副產物小分子的擴散速度加快，因而促進反應平衡向正反應方向進行。 后固相聚合熱處理溫度的影響比時間要明顯得多，因此在TLCP纖維的后處理生產工藝中，在避免粘連的前提下，應盡可能提高熱處理溫度。此外，從提高纖維處理效率考慮，合適的熱處理溫度應高于250℃。
不同溫度下TLCP纖維后固相聚合表觀反應速率常數值分析
從表中可以看到，不同熱處理溫度下，后固相聚合前后期的表觀反應速率常數均隨溫度的升高而增長，同一熱處理溫度下，熱處理前期的表觀反應速率常數比后期高約一個數量級。
聚合前后反應速率常數變化原因分析
熱處理過程中，聚芳酯鏈增長反應主要發(fā)生在纖維的無定形區(qū)，熱處理初期纖維結晶度低，鏈端基易于運動且副產物小分子的擴散容易，同時初期端基濃度高，因此熱處理前期反應速率大。 隨著熱處理時間的延長，TLCP纖維的結晶不斷完善，導致鏈端基的運動變慢，濃度降低，反應基團碰撞機會減少，因此反應速率變慢；此外，結晶度的提高也導致副產物小分子由TLCP纖維內部擴散到纖維表面的速度變慢，使得TLCP纖維無定形區(qū)中副產物小分子濃度增加，抑制了正向反應。
TLCP纖維的DSC分析
隨著熱處理溫度的提高，DSC熔融峰的面積在不斷減小。這可能是由于溫度過高，纖維內部有序的長分子鏈被破壞所致。溫度越高，TLCP纖維的熔點越高。這說明升高熱處理溫度不但可較快地提高TLCP纖維的分子量，還可提高TLCP纖維的熔點與結晶度，提高TLCP纖維的強度與使用溫度。 此外，TLCP初生纖維在250℃下熱處理7小時后，纖維的熔點由277.9℃提高至300.1℃，而在280℃下熱處理1小時后即可將初生纖維的熔點由277.9℃升高至307.4℃。這表明熱處理溫度對熔點的影響比熱處理時間要明顯的多，由此也說明在TLCP纖維熱處理工藝中，應盡可能提高TLCP纖維的熱處理溫度。

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