热轧压力和温度对聚苯硫醚熔喷非织造布性能的影响

热轧压力和温度对聚苯硫醚熔喷非织造布性能的影响

聚苯硫醚是一种具有芳环和带硫原子的高科技材料。结构中存在较大的张力限制，完整性好，耐高低温、耐腐蚀性好、耐辐射、尺寸稳定性和电性能等。本文采用自行设计的熔喷装置,通过试验制备PPS熔喷非织造布,研究不同热轧压力和温度对PPS熔喷非织造布的拉伸性能、形貌、热收缩率、透气率、亲水性的影响,以期为PPS熔喷非织造布的实际应用提供指导。1试验部分1.1原材料PPS切片,其熔点为285℃,由德阳科吉高新材料有限责任公司提供,使用前于140℃真空烘箱中干燥24h。1.2pps非织层压头的制备和工艺采用实验室定制的熔喷试验机制备PPS熔喷非织造布,如图1所示1.3测试1.3.1拉伸性能测试将热轧后的PPS熔喷非织造布裁剪成150mm×15mm的试样,其拉伸性能按国标GB/T3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》进行测试,计算拉伸强度F(MPa):其中:P为最大负荷,N;b为试样工作部分宽度,mm;d为试样工作部分厚度,mm。计算断裂伸长率ε(%):其中:L1.3.2熔喷非织造布的微观形貌采用扫描电子显微镜(JSM-6510LVScanningElectronicMicroscope)观察热轧前后的PPS熔喷非织造布的微观形貌。1.3.3热收缩率测试将热轧后的PPS熔喷非织造布裁剪成20mm×20mm的试样,在不同温度下恒温30min,观察试样的尺寸变化,计算热收缩率G(%):其中:S1.3.4通风率测试透气率测试依据有关文献进行1.3.5静态水接触角测定采用KRUSS(DSA100)接触角测定仪,在温度为25℃、相对湿度为50%的条件下,测定试样的5个不同部位的静态水接触角,取平均值。2结果与讨论2.1拉伸性能的变化本文首先考察热轧压力对PPS熔喷非织造布拉伸性能的影响。图1为不同热轧压力下PPS熔喷非织造布的拉伸强度和断裂伸长率,热轧温度为75℃。从图2可以看出,随着热轧压力增大,PPS熔喷非织造布的拉伸强度呈现持续上升的趋势,当热轧压力为50.0MPa时,PPS熔喷非织造布的拉伸强度达到20.3MPa。这是由于高压热轧使PPS熔喷非织造布中的纤维堆叠更加紧密,纤维之间的抱合力增强,当受到外力拉伸时,纤维不容易滑移,因此拉伸强度提高从图2还可看出,随着热轧压力的增加,PPS熔喷非织造布的断裂伸长率小幅度下降。由此可见,热轧使得PPS熔喷非织造布的纤维间滑移减小,其拉伸形变主要表现为PPS纤维的受力伸长,这在PPS熔喷熔喷非织造布的单根纤维拉伸试验中可以直接观察到。为了考察热轧温度对PPS熔喷非织造布拉伸性能的影响,固定热轧压力为50.0MPa、热轧时间为10s,在不同热轧温度下处理PPS熔喷非织造布样品,其拉伸强度和断裂伸长率如图3所示。PPS属于易结晶聚合物。一般来讲,温度对聚合物纤维材料的结晶影响显著,而结晶度决定了纤维的强度和形变性能。结晶度增加,则纤维拉伸强度增大,但伸长率下降。从图3中的拉伸强度曲线可以看出,当热轧温度低于100℃时,PPS熔喷非织造布的拉伸强度随着热轧温度升高呈线性增长;当热轧温度超过100℃时,PPS熔喷非织造布的拉伸强度出现急剧上升。PPS树脂的玻璃化转变温度(T图3中的断裂伸长率随着热轧温度升高呈倒S形的曲线。当热轧温度低于PPS的T2.2pps熔喷非织造布的表面形貌为了进一步探索热轧条件影响PPS熔喷非织造布拉伸性能的原因,本文对热轧前后的PPS熔喷非织造布的微观形貌进行观察,如图4所示,其中热轧压力和温度分别为50.0MPa、85℃。对比热轧前后的PPS熔喷非织造布的表面纤维形貌,可以看出,热轧使PPS熔喷非织造布的纤维间接触点及接触面积增加,纤维间甚至出现粘连,因此,纤维间滑移阻力显著增大,这与前面的拉伸性能分析结果一致。从纤维尺寸变化来看,热轧使得PPS熔喷非织造布表层的纤维扁平化,在其扫描电镜图中表现为纤维直径变大的假象。2.3熔喷非织造布的稳定性对经过热轧(50.0MPa、85℃)的PPS熔喷非织造布进行热收缩测试,其结果如图5所示。从图5可知,PPS熔喷非织造布样品在不同温度下(90、95、100、105、110℃)的热收缩率分别为10%、20%、23%、25%、30%,呈持续上升的趋势,同时,PPS熔喷非织造布随着测试温度的提高而呈现明显卷曲。上述热收缩现象是由于PPS熔喷纤维成型过程中,必须采用高速热风对PPS初生纤维进行牵伸取向,以获得物理性能更佳的纤维,但同时也导致PPS熔喷非织造布内存在较大的内应力,在高于PPS玻璃化转变温度的环境下,纤维分子链松弛,从而使熔喷非织造布出现收缩。另一方面,采用熔喷法制备的PPS熔喷非织造布的结晶度较低,当其处于高温环境中时,PPS会发生结晶,而且温度越高,PPS的结晶速率越快、结晶度越高,分子链排列更加紧密,使得PPS熔喷非织造布的热收缩率增大。2.4pps熔喷非织造布的透气性在热轧温度为75℃的条件下,经不同热轧压力(10.0、20.0、30.0、40.0、50.0MPa)处理后的PPS熔喷非织造布的透气率如图6所示。由图6可知,随着热轧压力增加,PPS熔喷非织造布的透气率呈下降趋势。当热轧压力为10.0MPa时,PPS熔喷非织造布的透气率为205.80L/(m为了考察热轧温度对熔喷非织造布透气率的影响,在热轧压力为50.0MPa的条件下,采用不同热轧温度(25、50、75、80、85、90、95、100、105℃)处理后的PPS熔喷非织造布的透气率如图7所示。由图7可知,PPS熔喷非织造布的透气率随着热轧温度的升高也呈现下降趋势。在常温下对PPS熔喷非织造布进行冷轧,其透气率为863.00L/(m综合以上分析表明,以50.0MPa、50℃热轧后,PPS熔喷非织造布的透气率高、拉伸性能优良。2.5熔喷非织造布的疏水性在热轧压力为50.0MPa的条件下,经不同热轧温度处理的PPS熔喷非织造布的接触角测试结果如图8所示。从图8可以看出,随着热轧温度逐渐升高,PPS熔喷非织造布的接触角呈下降趋势。当热轧温度为25℃时,PPS熔喷非织造布的接触角为155°,呈现较强的疏水性;当热轧温度为105℃时,PPS熔喷非织造布的接触角为72°,呈现亲水性。以25℃冷轧时,PPS熔喷非织造布表面存在大量的凸起纤维束,表面粗糙,当水滴接触布面时不易铺展开,即熔喷非织造布表现出强的疏水性。当热轧温度为75℃时,PPS熔喷非织造布的接触角为126°,依然表现出较强的疏水性。当热轧温度接近PPS的玻璃化温度时(88℃),PPS熔喷非织造布的接触角为82°,表现为一定的亲水性。当热轧温度更高时,PPS熔喷非织造布的接触角更小,亲水性更强。因此,PPS熔喷非织造布的亲水性可以通过改变热轧温度来加以调控。3pps熔喷非织造布的热收缩率(1)当热轧压力为50.0MPa、热轧温度为85℃时,PPS熔喷非织造布的拉伸强度最佳,达到29.4MPa;通过SEM观察发现,采用较高的热轧压力和热轧温度,PPS熔喷非织造布中的纤维发生粘连,其拉伸性能增强;对经50.0MPa、85℃热轧的PPS熔喷非织造布进行热收缩率测试,在90、95、100