超高分子量聚乙烯纤维的原料比较及抗蠕变性能研究

摘要

虽然超高分子量聚乙烯纤维被认为是我国首个真正实现工业化的高性能纤维，但是目前国产UHMWPE纤维制备仍然存在重大技术难题，一是国产原料综合性能与进口原料仍存在差距，因此目前多数UHMWPE纤维企业原料依赖进口；二是生产工艺不过关，纤维各项指标与进口产品差距较大。近年来，由于市场的细分，国外用户对除强度、模量等传统指标之外的其他性能也提出了苛刻的指标要求，在其中就包括用于绳索的纤维抗蠕变性能。因此，加强对国产、进口原料的比较研究和纤维抗蠕变性能的研究具有理论和实际价值。
　　 本研究选用了国内外三种不同UHMWPE原料，采用冻胶纺丝工艺，利用双螺杆挤出机制备冻胶原丝，经过萃取干燥、热拉伸后制成UHMWPE纤维。采用Mastersizer2000粒度分析仪、差示扫描量热仪（DSC）、Instron5969材料万能试验机等仪器对不同原料及其纤维的各项性能进行了分析测试。研究结果表明：原料粒度、分子量等对其溶解过程具有一定影响；冻胶纺丝过程中，高温条件下进口原料的降解明显高于国产原料，相对分子量发生明显下降；由于纺丝过程中原料发生不同程度的降解，三种纤维的力学性能存在明显差异。在本研究条件下，国产原料所得纤维强度、模量以及抗蠕变性能优于进口原料。
　　 为了提高UHMWPE纤维抗蠕变性能，本研究尝试利用紫外光辐照交联的方法提高其抗蠕变性能。分别选取了不同生产阶段的UHMWPE纤维进行紫外辐照交联改性，并探究了如纤维在正庚烷中的浸泡时间、交联剂（TMPTA）浓度及紫外光辐照时间等因素对交联效果的影响，并应用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）及Instron5969材料万能试验机等仪器对改性前后纤维的结构与性能进行了测试分析。研究结果表明：48h为UHMWPE纤维在正庚烷中的最佳浸泡时间：6min为紫外光最佳辐照改性时间；与初生纤维和成品纤维相比，冻胶纤维在相同改性条件下最易发生交联反应；经过交联改性的UHMWPE纤维断裂强度和断裂伸长略有下降，弹性模量和抗蠕变性能有所提高，且纤维表面形貌也发生明显改变。

目录

文摘

英文文摘

第1章 文献综述

1.1 UHMWPE纤维概况

1.1.1 UHMWPE纤维研究发展情况

1.2 UHMWPE纤维的性能及用途

1.2.1 性能

1.2.2 用途

1.3 UHMWPE纤维的生产方法

1.3.1 概述

1.3.2 熔融纺丝法

1.3.3 冻胶纺丝-超拉伸法

1.4 UHMWPE冻胶纺丝工艺

1.4.1 概述

1.4.2 原料及溶剂的选择

1.4.3 纺丝原液的制备

1.4.4 冻胶原丝的制备

1.4.5 冻胶UHMWPE原丝的萃取干燥

1.4.6 冻胶原丝的超倍热拉伸

1.5 UHMWPE纤维的结构与性能研究概况

1.5.1 结构与性能的研究

1.5.2 UHMWPE纤维的改性研究

1.5.3 UHWMPE纤维蠕变性研究

1.6 UHMWPE纤维生产现状

第2章 实验部分

2.1 实验原料的选择

2.2 不同UHMWPE原料的比较研究

2.2.1 不同原料[η]和Mη的研究

2.2.2 不同原料的粒度研究

2.2.3 不同原料溶解性能的研究

2.2.4 不同原料热性能的研究

2.2.5 不同原料流变性能的研究

2.3 不同原料纺丝工艺的研究

2.3.1 不同原料的模拟纺丝

2.3.2 不同原料冻胶原丝的制备

2.3.3 冻胶原丝中溶剂的脱除

2.3.4 不同纤维干燥处理研究

2.3.5 不同纤维的热牵伸研究

2.4 UHMWPE纤维的交联改性研究

2.4.1 UHMWPE冻胶纤维的萃取干燥

2.4.2 交联液的制备

2.4.3 紫外辐照交联反应

2.5 不同纤维结构与性能比较研究

2.5.1 力学性能研究

2.5.2 热性能研究

2.5.3 结晶性能研究

2.5.4 形态结构的研究

第3章 结果与讨论

3.1 不同UHMWPE纤维原料的比较及纺丝性能研究

3.1.1 不同原料粘均分子量[Mη]的比较

3.1.2 不同原料粒度的比较分析

3.1.3 不同原料溶解性能的比较研究

3.1.4 不同原料的热性能研究

3.1.5 流变性能的比较研究

3.1.6 不同原料纺丝工艺的研究

3.1.7 不同原料制备纤维的性能研究

3.2 UHMWPE纤维的改性研究

3.2.1 紫外光辐照交联改性研究

3.2.2 交联改性后UHMWPE纤维性能研究

3.2.3 纤维表面形貌分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢