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设计服装的主要目的是保暖,防止人体温度过低而冻伤,传统的绝热织物是依靠其厚度和蓬松性来提供保暖性能的,容易因为挤压失去织物中的空气而降低其保暖性。相变纤维是一种新型纺织品,它能够利用相变物质对热量的吸收和放出来调节温度,使人体温度保持恒定。
本文选择聚乙二醇单甲醚(MPEG)作为相变组分,以二醋酸纤维素(CDA)作为基体骨架,通过甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)将MPEG接枝到CDA上,研究了TDI用量,MPEG和CDA的质量比,MPEG的分子量等反应条件对接枝率的影响。利用红外光谱和核磁共振谱对接枝共聚物的分子结构进行了表征和分析。研究了聚合物溶液的最大析出浓度、稳定性和流变性能,并将其流变性能和纯CDA的丙酮溶液进行了对比。将聚合物溶液进行了干法纺丝,并对纺丝工艺进行了摸索,纺出了具有一定力学性能和良好相变性能的纤维。
实验结果表明,当TDI的用量在-NCO:-OH为1.2;MPEG分子量为5000;MPEG和CDA的质量配比为1:1时接枝率高。最终的反应体系是CDA-TDI-MPEG和MPEG-TDI-MPEG的混合物。红外光谱证实了在纯CDA-g-MPEG聚合物图中,除了存在MPEG和CDA的特征峰之外,还多出了酰胺Ⅱ带的1538cm-1和苯环共轭双键的1605cm-1振动峰,这表明还存在氨基甲酸酯基团,该基团联结着MPEG和CDA。核磁图谱证实了接枝共聚物比纯二醋酸纤维素多出N-H的化学位移(3-3)、聚乙二醇亚甲基氢的化学位移(3.3~3.5)和芳香化合物的化学位移(7.2)。
聚合物溶液和纯CDA的丙酮溶液均表现出明显的切力变稀性,属于典型的非牛顿流体,但是前者的剪切粘度相对于后者有所下降,是由于柔性连段MPEG对于CDA/丙酮溶液体系来说起到了类似于润滑剂的作用,降低了溶液的粘度,更有利于纺丝。在同一温度下,MPEG的质量百分含量大的聚合物溶液的粘度越低,MPEG的质量百分含量相同的聚合物溶液所处实验温度越高则溶液粘度越低,越利于纺丝。
聚合物纤维具有一定的力学性能,所得聚合物纤维的断裂强度小于CDA纤维,断裂伸长大于CDA纤维。聚合物纤维具有良好的相变性能,但是其相变焓远小于纯MPEG的相变焓值,这是因为MPEG接枝到CDA分子上以后,MPEG原来含有羟基的端基以及整个链段的运动都受到了限制,导致晶格无法整齐排列,影响到MPEG分子链的规整性,从而引起相变焓的减少。