聚甲醛单丝凝聚态结构与渔用性能调控

Fishery fiber materials is an important part of fishing gear materials and fishery facilities, and the development of new high performance fishery fiber materials is of great significance to the realization of energy saving and consumption reduction, and upgrading the industrial structure of fishery. In this project, a new advanced polymer, polyformaldehyde (POM), will be developed by melt spinning and multistep hot drawing processing to fabricate the fishery POM monofilament. The evolution regulation of the condensed structure of the POM monofilament, including amorphous, crystal and orientation structure, will be systematic studied for modulating the condensed structure and fishery properties of the fishery POM monofilament. In addition, effects of the melt spinning and multistep drawing processing parameters of the resulting POM monofilament will be studied to reveal the relationship between condensed structure and fishery properties of the fishery POM monofilament. Based on the modulation of the condensed structure and fishery properties of the fishery POM monofilament, it will provide the theoretical guidance for development and design high performance fiber material for fishing.

渔用纤维材料是捕捞与设施渔业中渔具材料的重要组成部分，开发新型高性能渔用纤维材料对实现渔业生产节能降耗、渔业产业结构升级具有重要意义。本项目拟选用新型渔用高分子材料——聚甲醛为研究对象，通过间歇法熔融纺丝与多级热牵伸技术制备渔用聚甲醛单丝，研究在熔融纺丝及多级热牵伸工艺过程中聚甲醛高分子凝聚态结构（无定型结构、晶态结构及取向结构）的演变规律及其调控方法，探索聚甲醛单丝的凝聚态结构对渔用性能的影响机制。为此，本项目将以熔融纺丝及多级热牵伸的工艺过程为主导，通过对聚甲醛单丝凝聚态结构的调控实现特殊需求的渔用性能。基于聚甲醛单丝凝聚态结构与渔用性能调控及相关规律研究，为新型高性能渔用纤维新材料的设计和开发提供技术支持和理论指导。

本项目通过间歇法熔融纺丝与多级热牵伸技术制备渔用聚甲醛单丝，研究在熔融纺丝及多级热牵伸工艺过程中聚甲醛高分子凝聚态结构（非晶态结构、晶态结构及取向结构）的演变规律及其调控方法，探索聚甲醛单丝的凝聚态结构与其渔用性能之间的影响关系。渔用聚甲醛单丝最佳纺丝温度范围为215-220℃之间。对聚甲醛初生纤维进行三级牵伸：第一级沸水浴100℃，牵伸倍数6.2倍；第二级热空气168℃，牵伸倍数1.2倍；第三级热空气180℃，牵伸倍数1.1倍，总牵伸倍数为8.2倍。主要牵伸在第一道水浴牵伸过程完成，后两道牵伸起到进一步提高取向和定型的作用。对牵伸后的聚甲醛单丝进行了力学性能测试，数据显示聚甲醛单丝的断裂强度为6.55cN/dtex，模量为47.67cN/dtex，断裂伸长为14.10%，聚甲醛单丝的力学性能符合渔用的要求。从聚甲醛单丝的二维X射线衍射谱图可以计算出聚甲醛单丝晶区取向度达95%。对聚甲醛单丝蠕变性能进行表征，发现在60℃时，聚甲醛单丝经过6小时后形变量17.2%，而同等条件下，聚乙烯单丝在19分钟时就发生了断裂。聚甲醛单丝的耐老化性能均优于聚乙烯单丝，聚甲醛单丝强度保持率为93.9%，而同等条件下，聚乙烯单丝强度保持率仅为89.8%；聚甲醛单丝，耐磨度为2429.3 F/mm。在相同条件下，聚甲醛单丝的耐磨度比聚乙烯好一倍以上。此外，研究了银（Ag）纳米颗粒对聚甲醛熔融行为、结晶性能的影响。结果表明，少量添加银纳米颗粒（重量比≤1％）可以加速POM的结晶速率。然而，当Ag纳米颗粒的含量达到2％时，银纳米粒子容易团聚在一起并抑制POM的结晶。同时，银纳米颗粒可以降低结晶活化能，从而加快聚甲醛的异相成核。.基于上述研究基础，我们成功制备了一种适用于渔业捕捞和养殖的高性能聚甲醛单丝，并将其进行前期应用示范，使其有望成为渔用单丝材料的一个新品种。我们相信，通过不断的探索和积累，基于渔用聚甲醛单丝凝聚态结构与性能调控及相关规律研究，将对渔用合成纤维带来革新性的变化，提高我国渔用材料研发整体水平，增强我国在渔用材料研究方面的自主创新能力。.