研究论文瓜人中空纤维膜的研制及应用爪。温度对UHMWPANDMSO溶液流变性能的影响脑元刘永建王庆瑞东华大学纤维材料改性国家重点实验室海200051朱新远上海交通大学化学化工学院上海230在前文的基础上斤究了温度对超高分子量聚丙烯骑甲基亚砜溶液的零切粘度流动曲线非顿指数*大松弛时间结构粘度指数的影响，探讨了它们与溶液流动性可纺性和挤出过程稳尤性的关系，发现与常规分子量聚丙烯腈甲基亚砜溶液相比，其非牛顿指教和粘流法化能较小；而*大松弛时间却高出约个数量级，因此当原液温度低于3，时，流动曲线上不出现第牛顿区。确定了溶液流动性可纺性和挤出过程稳定性均较好的温度应不低于130，为纺制高强0册1纤维和中空纤维膜提供了依据，1前言聚丙烯腈空纤维膜具有装填密度高比面积大组件结构简单等优点，广泛地应用于水的纯化和肝腹水浓缩，同时也是制备中空碳膜的卞要原料之71.通常所采用的，分子量为5万，制得的中空纤维膜耐反冲性能差。如何进步提岛中空纤维膜的机械强度，使其经受多次反冲洗而道复使用，从而降低生产成本，是实际生产必须解决的问之。，关丝旧，有望改俦这叼。，本实验室肉993年就进行这方面的研究，成功地合成了如多8，万的超高分子，聚丙烯腈，并通过冻胶纺丝方法纺制了机械强度较岛的以，中空纤维膜本研究是该下作的部分，研究阳050溶液的流变性及其对可纺性的影响。本文士要探温度对纺丝原液流变性能的影响，为居续纺丝艺确立。*作的温度参数2实验2.1原料超分厂砍架1十冰阽他1.212.2实验方法与仪器2.2.1讯狒4人溶液的制备将定量干燥的，1姻粉末加人到含，赠，的颈瓶中，在温度程序控制，先低温溶胀，择温溶解；真空脱泡后静置备用。浓度为3质量百分比。

　　2.2.2溶液零切粘度的测定在，温槽中，用落球粘度计测定。

　　2.2.3溶液流变性能的测定采用实验室自制毛细管流变仪，在不同的压力降下测定溶液在时间1秒内通过艮度为，半径为1的毛细管的重量，时在测试温度下测定溶液相对密度然后计算各流变学参数。

　　剪切应力8，=幻2本文使用的毛细管长径比7.5大于80，故不需进行动能校正。

　　剪叻速率斗取作卞顿指数以，对灯作阁，斜率4校10的卯切，平。1*大松弛时间=7，为流动曲线上由第牛顿区向非牛顿区转变时所对应的剪切速率。

　　2.2.4饥5奶玻，化转变，度的测定采用冻胶纺工艺制备纤维后，用仙，03 001以动态粘弹谱仪测定。

　　3结果与讨论3.1温度对零切粘度的彩响温度是影响体系流变性能的重要热力学参数，在其他参数相同的情况下，改变温度能有效地调节流变性D由l可知，在分子量Mv=1.29xlCf和聚合物浓度，=3不变时，在300的范围内，UHMWPANDMSO溶液的零切粘度随温度的升呈指数下降，即符合，3方程式常数；1为绝对温度。这是由于温度升，方面使瓜仙的运动单元活化，分子热运动能置增加；另方面使溶液发生体积膨胀，加大了分子间的自由空间，使大分子间作用力削弱，因而使征流动阻力的粘度减小。

　　粘流活化能是粘度对温度敏感程度的种量度，1越大，则温度对粘度的影响越大。由1中直线的斜率，可以求得1奶0溶液0吧溶液的134.83，1广低。这是由于随着分子量增大，大分子链的柔性升之故。这明，尽管1奶0肥0溶液对温度仍较为敏感，以该溶液进行纺丝时，仍可通过改变温度来调节粘度，但其效果比常规分子量，00溶液差。实际上，在而奶的冻胶纺丝中，主要通过加强剪切来降低粘度。

　　将不同温度下的值代人式2，可得温度的关系式为值得注意的是，1中温度大于，后，与关系偏离直线。这是因为此时已超过了UHMWPAN的玻璃化转变温度T，103.8It，段运动。通常，链段的跃迁取决于链段跃迁的能力和跃迁链段周围是否有可以接纳跃迁的空位两个因素。随着温度的升，方面链段的跃迁能力增加，另方面自由体积增大，因此粘度下降更快这明溶液的粘度除受浓度3分子量3和温度影响外，还与乃有关。

　　3.2，度对流动曲线的彩响曲线。显然，随着温度升，流动曲线下移。这是因为溶液的粘度随着温度升而下降之故。值得注意区，这与常规分子童，的流变行为显著不同9.

　　3.3温度对非牛顿指数的彩响非牛顿指数1！征流体偏离牛顿流动的程度=1时为牛顿流体1时为切力变稀的非牛顿流体越小，则随着剪切速率的增加，观剪切粘度下降越大。由3流动曲线上非牛顿区00吧0溶液属于切力变稀流体。这是因为在剪切应力的作用下，大分子构象发生变化，长链分子偏离平衡构象而沿流动方向取向，使体系解缠结和大分子链彼此分离；同时，大分子链发生脱溶剂化，其有效尺寸变小，结果使大分子间的相对运动较为容易。因此溶液的观剪切粘度下降。在相同的温度下，哪，0肘50溶液的1！值比常规分子量，0肥0溶液低9.这明，在剪切作用下，瓜70吧0溶液的粘度下降较大。因此，尽管其零切粘度通常较，流动性较差，但可以通过加强剪切来有效地降低其观粘度，使纺丝能顺利地进行。同时，从4还可看出值随溶液温度的升而增大，当温度超过0时，1！急剧上升。这是由于如前所述，温度能改善。特别是当温度超过丈后，在剪切应力的作用下，随着大分子链段活动加强，解缠结加快，大分子链间缠结密度急剧降低，因此，溶液的流动更接近牛顿流动。显然，实际纺丝时，温度超过01有利于改善1奶0肌50溶液的流喊，以曲线中由第牛顿区向非牛顿区转变时所对应的叻变速率即为临界切变速率而*大松弛时间，0为1的倒数由4了知，当温度较低⑶沈时，旧脎，抓说如体系不出现第牛顿，即7，也即4，这是因为松弛时间受聚合物分子结构，特别是链缠结的影响，强烈地依赖于分子量和浓度121普通分子量，抓溶液，15口9104与UHMWPANC 106！M比值TUHMw.PArpAN3.4xlO.显然，UHMWPAN的1值比普通，奶的7值高个数量级。这是因为在饥1仙溶液中，虽然浓度较小，但由于分子量的增大导致每个分子中的缠结点急剧增多，并形成具有瞬变的交联空间的网络结构，从而使松弛时间大幅度增大。这正是3中大多数温度下流动曲线在低剪切速率下就出现非牛顿区的原因。

　　可预纺丝溶液的可纺性越大，纺丝溶液的弹性越显著，内聚断裂的*大拉丝长度越短，纺丝时越易发生内聚断裂。显然出现了第牛顿区。这是因为此时溶液的温度已经超过了4的玻璃化转变温度，大分子链段能自由地运动，因此溶液的松弛时间将大幅度下降。计算结果证实了这推测。

　　5式中，1.为参考温度；0，为经验常数。当1温度幻由此可，温度对UHMWPAN溶液的松弛时间有较大的影响。因此在采用本实验的溶液进行纺丝时，纺丝溶液的温度以不低，130为宜，以提其可纺性，3.5温度对结构粘度指数的影响结构粘度指数征聚合物溶液的结构化，度，47越大，纺丝溶液结构化，度越高，可纺性能越差。由1与7，关系曲线阌5的斜率可求得上+不同温度下的么随着温度的升，么7逐步减小，这明随着温度的升高，大分子间的缠结逐步解开。当温度超过0时，6的下降趋势平缓，这是由于大分子链段能自由运动，体系的解缠结明显加强，大分子间，纺丝的合适温度应超过，丈。

　　溶液的，7，曲线指数与温度的关系从上式可知，1.取决于非牛顿指数分子量M和浓度C.如前所述，同普通分子量PAN溶液相比，UHMWPANDMSO的n小而M大。这明如果采用普通分子量，溶液的浓度小将很大，无疑会出现不稳定流动。因此印化10，而温度应较高。综合本实验的结果，可以确定抓0肥0溶液的温度应不低于130，这样可使溶液流动性和可纺性都较好。当然，温度也不宜过高，否则会引起聚合物变化和产品性能下降，因此实际纺丝温度控制在130，1机0 4结论性有较大的影响。随着温度的升，零切粘度*大松弛时间和结构化粘度指数下降，流动曲线下移，而非牛顿指数增大，从而使溶液的流动性和可纺性提。

　　测得耵，00溶液的粘流活化能为18.7粘度与温度的关系式为1= 0肥0溶液的非牛顿指数和粘流活化能3.6温度对挤出过程稳定性的彩响综上所述，温度对0，0溶液的流变性和可纺性有很大的影响。这些研究结果对于瓜1的纺丝工艺具有重要的指导意义。

　　采用巧制备纤维和中空纤维膜时，聚合物的平均分子量通常大于50万8，因此纺丝溶液的粘度很大，挤出过程中会出现熔体破裂现象。般认为，这与纺丝溶液的弹性效应有关，其实质是流动中的可复切变，可用弹性雷诺准数。当58时，就不能进行正常如前所述，1与分子量和浓度有关，而7的式可从幂律流体的状态方程得到较小；而*大松弛时间个数量级，因此当温度低于130时，流动曲线上未出现第牛顿区。

　　浓度为3温度不低于130时，溶液的流动性可纺性和挤出过程的稳定性均较好。

　　参考文猷沈新元，朱新远，郝建斌等。联科学与技术。1规，33235沈新元，刘永建，朱新远。水处理技术。2000，冰3140朱新远，沈新元。合成纤维。1997，抓2944沈新元，王庆瑞，陈雪英等。合成庠维。989，61418郑松，顾同进，王根生等。中华消化杂志。1998，183192沈新元，庆瑞，陈雪英等。合成纤维。1987，212免褚阄射材科户业新材料产业月刊准确，全面有效及时地跟踪新材料产业技术原材料加工设备及检测仪器倍息，是寻找新技术采购原材料及加工设备，开拓新市场的得力助手欲订阅者请与本刊发行部联系，欢迎索取样刊地址北京科技大学18信箱北京万特立科技有限公司请您认真填写下单字体要清楚，复印有故，请传真或寄域本刊广告与发行部，每人可免费获得1本新材料产北。

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