1、聚乙烯醇（PVA）是一種性能優(yōu)良、用途廣泛的多羥基聚合物，可從天然氣制備，在目前石油資源日漸匱乏的形勢(shì)下日顯重要。PVA高強(qiáng)高模纖維具有強(qiáng)度高、熱性能好，耐腐蝕性、耐氣候性?xún)?yōu)異和與基材界面良好的粘結(jié)性，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和高技術(shù)領(lǐng)域有廣泛用途，市場(chǎng)潛力極大。但PVA的多羥基強(qiáng)氫鍵特性使其熔點(diǎn)與分解溫度接近，難以熱塑加工。傳統(tǒng)PVA纖維一般采用濕法紡絲，其雙向傳質(zhì)過(guò)程形成的初生纖維截面呈腰子形，有明顯皮芯結(jié)構(gòu)，只能拉伸6-7倍，強(qiáng)度僅5-8cN／

2、dtex，且工序復(fù)雜，污染嚴(yán)重，限制了PVA纖維的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)PVA熔融紡絲將是PVA高強(qiáng)高模纖維生產(chǎn)方法的重要突破，具有十分重要的科學(xué)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 本文根據(jù)超分子科學(xué)原理，通過(guò)分子復(fù)合和增塑，破壞PVA分子間氫鍵，形成新的分子間復(fù)合，在分子水平上控制PVA的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，限制其結(jié)晶，降低其熔點(diǎn)，解決多羥基強(qiáng)氫鍵PVA因熔點(diǎn)與分解溫度接近難以熱塑加工的難題，并利用改性劑與PVA間氫鍵作用，增高水的沸點(diǎn)，增寬其沸程，解決PV

3、A熔紡時(shí)水產(chǎn)生氣泡的難題，成功實(shí)現(xiàn)了PVA的穩(wěn)定熔融紡絲，獲得截面為圓形，結(jié)構(gòu)均勻，可拉伸性好的初生纖維，是PVA纖維生產(chǎn)方法的重要突破。研究了改性體系的氫鍵復(fù)合結(jié)構(gòu)，改性體系中水的蒸發(fā)行為，改性劑對(duì)PVA熱性能、結(jié)晶結(jié)構(gòu)及非等溫結(jié)晶性能的影響，PVA熔紡初生纖維的結(jié)構(gòu)與性能及纖維拉伸過(guò)程中的結(jié)構(gòu)形成，為在加工過(guò)程中控制纖維的結(jié)構(gòu)形成，從通用級(jí)PVA制備高強(qiáng)高模纖維提供理論基礎(chǔ)，豐富和發(fā)展了高性能聚合物纖維及多羥基強(qiáng)氫鍵高分子體系的加工

4、理論和實(shí)踐，具有重要的理論和實(shí)際意義。 1．改性劑水和Ac與PVA羥基間形成的獨(dú)特氫鍵復(fù)合，破壞PVA自身分子間氫鍵，抑制其結(jié)晶，使其微晶尺寸增大，結(jié)晶度降低，熔點(diǎn)降低，熔點(diǎn)與分解溫度完全分離，得到熱塑加工窗口。受PVA和Ac氫鍵束縛，體系中結(jié)合水含量增加，水的蒸發(fā)速率降低，更多水可在高溫留在體系中起增塑作用，進(jìn)一步改善PVA熱塑性能。 2．PVA熱塑性能的改善使其熔融結(jié)晶行為研究成為可能。改性體系非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究表

5、明，在水增塑PVA基礎(chǔ)上，加入Ac可進(jìn)一步抑制PVA的結(jié)晶，使其結(jié)晶減慢；冷卻速度對(duì)PVA晶核的形成方式?jīng)]有影響，但影響PVA的結(jié)晶度、結(jié)晶速度，表明通過(guò)調(diào)控冷卻速度可以控制PVA的結(jié)晶行為，使其熔紡初生纖維具較好拉伸性。 3．成功實(shí)現(xiàn)了PVA的熔融紡絲，獲得截面圓形、結(jié)構(gòu)均勻的PVA初生纖維。熔融塑化過(guò)程中，改性劑進(jìn)入PVA晶區(qū)，改變PVA的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，改善纖維拉伸性。強(qiáng)相互作用使體系中水蒸發(fā)溫度提高，為纖維高倍拉伸提供基礎(chǔ)。

6、 4．形變速率、水含量和溫度影響PVA熔紡纖維拉伸流動(dòng)性。表觀拉伸粘度η<,ε>隨形變速率升高而降低。提高溫度，可使纖維在較少改性劑含量下獲得更好拉伸性能。體系水含量減少，纖維拉伸時(shí)細(xì)頸現(xiàn)象明顯，η<,ε>增加，活化機(jī)制發(fā)生變化，由三個(gè)不同機(jī)制的活化過(guò)程變?yōu)槎€(gè)。 5．拉伸過(guò)程中，纖維取向結(jié)構(gòu)形成并發(fā)展，取向度增大。取向誘導(dǎo)PVA結(jié)晶，使其結(jié)晶速率增加，結(jié)晶結(jié)構(gòu)完善，微晶尺寸增大，片晶厚度增加，在較高溫度出現(xiàn)新的吸熱峰。取

7、向結(jié)構(gòu)的形成使PVA分子鏈排列更加緊密，單位體積內(nèi)分子鏈數(shù)目增多，氫鍵強(qiáng)度增大，力學(xué)性能提高。但拉伸過(guò)程中溫度或拉伸速度不穩(wěn)定引起細(xì)頸不均勻，產(chǎn)生應(yīng)力集中，會(huì)導(dǎo)致纖維分子鏈斷裂，應(yīng)保持溫度和拉伸速度穩(wěn)定，避免細(xì)頸不均勻現(xiàn)象。 6．水含量和拉伸溫度對(duì)PVA纖維取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)有重要影響。水含量減小和拉伸溫度升高均使纖維取向度和結(jié)晶度增加，力學(xué)性能提高。高溫?zé)崽幚砜蛇M(jìn)一步除去纖維水分，消除纖維缺陷，穩(wěn)定其取向結(jié)晶結(jié)構(gòu)，獲得尺寸穩(wěn)定、強(qiáng)度