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纤维成型原理 背景介绍 PVDF是一种白色粉末状的结晶型聚合物，其结晶度大约在50%左右，它具有优异的力学性能，目前已成功应用于包括钓线生产等很多领域。 目前为止发现了聚偏氟乙烯的五种晶型分别为α、β、γ、δ及ε等5种。这五种晶型是在不同的条件下形成，在一定条件下可以相互转化。在α、β、γ、δ及ε这5种晶型中β晶型最为重要，因为作为压电及热释电应用的PVDF主要是β晶型。 课题设计 有文献指出：对PVDF纤维的拉伸有利于它的α晶型像β晶型的转变；α晶型具有热力学稳定性而β晶型具有力学性能的稳定性；在熔纺过程中加入碳纳米管或纳米粘土有利于其α晶型向β晶型的转变等。 国内已有较多关于PVDF应用和结晶结构的研究报道，但在熔纺纤维和结构性能方面的研究还很少。所以，希望就熔纺PVDF纤维过程中的工艺条件，结构变化，晶型转变，取向变化和力学性能变化等进行研究，期望制备出均一性好的、强度高的PVDF纤维。 实验设计与内容 讨论的熔纺工艺条件分别为：喷头尺寸、喷头温度、入水距离、卷绕速度这四个因素。通过对以上四个不同的纺丝工艺参数的调节达到对纤维结构上的改变，从而提高纤维的整体的力学性能。其中结构上的变化主要讨论的是结晶度、晶型转变和大分子取向。 我们采用的是正交实验的方法对以上四个因素进行讨论，以断裂应力为其性能的参考标准，通过正交分析得出最具影响的因素和最优的实验组。 正交实验设计表格 正交试验与最优实验结果分析 DSC结果分析 XRD结果分析 红外结果分析 偏光显微镜结果分析不同拉伸倍数PVDF纤维的双折射率 实验结果分析 正交实验优化结果表明：通过正交实验法优化出的各因素最优水平组合条件下所纺制的纤维在均一性和拉伸强度上均有提高，反过来证明正交实验法对于本实验的可行性。 单因素优化实验结果表明：在设备允许及保证纺丝均一性的条件下，随着卷绕速率的增大，纤维拉伸强度呈现先增大后减小的趋势，在3rpm速率时强度最大；随着拉伸倍数的增大，纤维拉伸强度逐渐增大。 实验结果分析 采用DSC、XRD、FTIR研究了初生纤维和冷拉伸纤维的晶体结构，结果表明：初生纤维中既含有α晶型，也有β晶型；随着冷拉伸的进行，纤维发生了由α?β的晶型转变过程，纤维总体结晶度随着拉伸倍数的增大而提高，同时F(β)值也由初生纤维的55.9%提高到拉伸6.5倍时的83.7%；而随着冷拉伸的进行，纤维晶粒大小略有减小，不同拉伸倍数的纤维晶粒大小无明显变化。 本实验还通过光学双折射法测定了初生纤维和冷拉伸纤维的分子取向，结果表明初生纤维的预取向很低，随着拉伸倍数的增大，纤维的分子取向逐渐提高，而分子取向的的提高有利于纤维拉伸强度的提高。 结论 以上结果表明：在本实验最佳工艺条件下制备的PVDF纤维具备使用价值，也为下阶段研究奠定了基础，同时也需要进一步对纤维进行处理，比如考察拉伸温度和拉伸速率对纤维拉伸强度的影响，对拉伸纤维进行热定型处理等。 谢谢大家 所在列1234试验结果因素喷头尺寸/mm喷头温度/℃入水距离/cm卷绕速度/rpm变异系数/%拉伸强度/MPa实验112204043.51455实验212305267.55362实验312407686.08407实验4222052857.68435实验522307649.14454实验622404068.88462实验732207669.71406实验8323040832.69392实验932405249.08479变异系数均值15.7123.6315.037.24均值225.2316.4624.778.71均值317.168.018.3132.15极差19.5215.6216.4624.91主次顺序卷绕速度喷头尺寸入水距离喷头温度优水42%502拉伸强度均值1408432436463均值2450403425410均值3426449422411极次顺序卷绕速度喷头温度 喷头尺寸入水距离优水平224040412.56%570编号纤维直径/mm衍射环数补偿角/双折射率/10-3λ=00.50550.360λ=4.50857λ=5.50489λ=6.50947