摘要
目前，功能纤维的应用需求已涉及到阻燃、增强、抗菌等领域。通过熔融共混法制备功能纤维是常用的方法之一，但其并未完全解决功能填料在聚合体系内分散性差的问题，而功能填料在复合纤维中的良好分散和取向排布对于提升其机械、导电等性能至关重要。因此，通过温度场、剪切场及拉伸场等外场诱导填料在复合体系中的取向构筑与分布，是提升功能纤维性能的有效方式。然而，功能填料在多重场中的整体性取向构筑机理并未得到完全研究，无法为功能纤维的工业化生产提供直接性的参数指导。 本文通过原位悬浮聚合法合成聚丙稀酸酷/二氧化娃（PAcr/Si02)复合微球，将其与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)粒料于双螺杆挤出机中熔融共混挤出，制得聚甲基丙烯酸甲酯/二氧化硅（PMMA+PAcr/Si〇2)复合纤维。并探究温度场、剪切场及拉伸场等不同流场对复合纤维内PAcr/SiO2取向及流变行为的影响，具体来说，通过调节熔融温度、螺杆转速、牵伸比等流场条件对复合纤维中功能粒子的取向行为进行观察，并通过流变、力学等的测试进行性能表征。结合流变模型的拟合与对比，最终构建不同流场条件下聚丙烯酸酯/二氧化硅（PAcr/SiO2)复合微球的取向影响机理模型，为增强纤维或一维取向材料的制备工艺提供一种新方法与新思路。本文主要研究内容及结论如下： (1)聚丙烯酸酯/二氧化硅（PAcr/SiO2)复合微球的制备及表征 利用Stober法合成了平均粒径为20?25nm左右的纳米Si〇2粒子，通过原位悬浮聚合法将其包覆到聚丙烯酸酯（PAcr)微球中合成不同交联剂含量及不同填料含量的PAcr/Si02复合微球，其聚合转化率均高于70%，平均粒径为5?10pm。经过形态、粒径等的表征，本研究选择交联剂含量为0.35%、SiO2含量为0.5%的复合微球用于后续熔融挤出工艺中。 (2)PAcr/SiO2复合微球在PMMA中的流变性能 将所选复合微球与PMMA粒料投入双螺杆挤出机中熔融共混挤出制备纤维，利用双毛细管流变仪测试不同流场条件下PAcr/SiO2复合微球在PMMA中的流变 性能。通过对比发现，不同条件下所制复合熔体的黏度值均高于纯PMMA体系。250℃下复合熔体黏度值在300S-1时高出纯PMMA98.41%，且剪切应力在剪切速率为5800S-1时较纯PMMA高出29.63%。此外，螺杆转速为30RPM时，其黏度值为达到最高且为8.1kPa.s，其剪切应力在剪切速率为8000S-1时可高于纯PMMAamp;nbsp;38.49%。最后，当剪切速率为8000S-1时，牵伸比为1:2时复合熔体的黏度值高于纯PMMA513.33%，剪切应力值高于纯PMMA体系24.83%。 (3)PAcr/SiO2复合微球在PMMA纤维中的取向及机理研究 利用透射电子显微镜（TEM)观察不同复合纤维内PAcr/SiO2复合微球的取向形态及过程变化，并通过万能试验机对上述复合纤维进行断裂伸长率及拉伸强度等力学性能的测试与表征。发现通过本工艺制备的复合纤维内均可普遍形成轴向取向的微纤结构，且250℃下微纤平均取向度提升为50.88，螺杆转速为30RPM时所制复合微纤平均取向度为59.14，牵伸比为1:2时，其平均取向度为92.36。与此对应地，当熔融温度为250℃、螺杆转速为30RPM、牵伸比为1:2时复合纤维具有最佳的力学性能，其断裂伸长率可高于纯PMMA242.94%。且通过取向模型构筑发现，复合纤维内微纤取向构筑较为紧密且纤长，利于提升分子间缠结作用，因而可提升其黏度及断裂伸长率等性能。 本研究可为改善功能填料复合体系相容性及普遍取向性提供一种新方法，同时也能为增强材料或一维取向材料的制备工艺开创一种新思路。
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