几种高性能纤维热松驰及光热老化机制与性能表征

摘要

高性能纤维以其独特的力学物理和化学性质，被广泛应用于国防、航空、航天、造船、体育器材、汽车、建筑等工业领域。而在通常使用中，除要求纤维具有高强、高模、轻质外，还要求纤维具有良好的光热稳定性和热动态力学行为，即高性能纤维的使用在苛刻环境，如高低温、高辐照、光热复合、高湿或腐蚀性液体及其组合条件下还需稳定地保持其形态和承力。因此，高性能纤维在这种复杂环境中的行为，需要进行模拟和表征，以解决其可靠性的实用评价，为高性能纤维的制备、加工、纤维制品的成型及使用提供科学依据。本论文主要对力、热、光复合条件下的几种高性能纤维的力学行为和老化特征作表征与分析。
　　 利用动态热机械力学分析(DMA)对UHMW-PE纤维，Kevlar()纤维和Nomex()纤维进行讨论。分析了三种纤维的热机械松弛谱的特征，UHMW-PE纤维分别在-130℃，-60℃和90℃附近出现松弛峰，依次为γ，β和α松弛。其中α松弛对应于晶体部分的松弛转变，故对应的温度是结晶转变温度。γ松弛则相应于纤维无定形态部分次级转变，属于端基、侧基等的运动。β松弛则对应着纤维无定形区的玻璃化转变。通过DSC和XRD测试分析了UHMW-PE纤维经过热老化以后其结晶结构和转变温度，发现单斜晶结晶相有减小趋势。
　　 分析了热老化处理对Kevlar()纤维和Nomex()纤维的动态热机械力学的影响。热处理200℃后的Kevlar()纤维与原样，差异率最明显的是基于损耗正切tanδ的γ转变温度，达到28.2％；最小的是基于储能模量的β转变温度只有1.1%；热处理200℃后的Nomexr()纤维与原样，差异率最明显的是基于损耗模量E