拉伸流場下 UHMWPE 纖維 Shish-Kebab 晶體的結構演變.pdf

1、由凍膠紡絲法生產的UHMWPE纖維具有高強度、高模量、抗沖擊和耐切割等優(yōu)異性能。UHMWPE纖維的力學性能主要取決于它的微觀晶體結構形態(tài)，因此，只有深入研究微觀晶體結構生成演化和力學性能的對應關系，才能正確的指導工業(yè)化UHMWPE纖維的制備工藝，制備高性能的UHMWPE纖維。在本文中，主要采用同步輻射 X射線小角散射和廣角衍射技術，研究了工業(yè)生產線中熱拉伸對纖維中Shish-Kebab晶體的演化過程、在溶劑存在下的冷拉伸對最終纖維結構的

2、影響和單根纖維上的結構缺陷分布情況。主要的研究結果如下：
　　1.不同拉伸比的UHMWPE纖維是直接由工業(yè)生產線上取得的分別在一級熱拉伸（120℃）和二級熱拉伸（130℃）下拉伸至不同倍率的纖維。利用同步輻射X射線小角散射實驗研究纖維中Kebab折疊鏈片晶的演化過程和Shish伸直鏈晶體的生成過程。結果發(fā)現(xiàn)Kebab周期并沒有發(fā)生顯著變化，但片晶的側面尺寸大幅度下降，說明Shish伸直鏈的形成主要是由Kebab折疊鏈中的側面分子鏈

3、破裂滑移從而形成取向伸直鏈結構。而隨拉伸倍率的提高纖維平均Shish長度的降低是因為空間位阻的關系導致后來形成的Shish結構總比先前形成的短。利用X射線廣角實驗測定了不同倍率下的晶體取向度，發(fā)現(xiàn)隨著拉伸倍率和拉伸溫度的提高，體系中的取向結構趨于完善。UHMWPE纖維的熔融過程進一步證實了在不同拉伸階段的Shish-Kebab晶體的演變過程。
　　2.通過不同冷拉伸倍率制備的成品UHMWPE纖維直接由工業(yè)生產線上取得。采用了力學性

4、能、小角散射和廣角衍射來測試不同冷拉伸倍率對最終纖維的結構性能的影響。冷拉伸倍率為5.0倍的纖維的拉伸強度和拉伸模量分別能達到30.80cN/dtex和1562cN/dtex，較之冷拉伸倍率為1.5倍的纖維分別提高了13.1％和41.9%。隨著冷拉伸倍率的提高，纖維中平均Shish長度明顯降低而Shish晶體結構的取向分布變得更好。提高的結晶度和取向度說明由于冷拉伸的影響，體系中更多的折疊鏈片晶和非晶區(qū)結構參與形成了更短的和取向性更好的

5、Shish結構。
　　3.利用同步輻射微束廣角實驗用來研究單根UHMWPE纖維不同位置的結構缺陷，并討論了不同纏結度的兩種纖維出現(xiàn)的結構缺陷差異。光學顯微鏡圖像表明了擁有更短分子鏈更少支鏈的SIOC纖維呈現(xiàn)出一種類似竹節(jié)狀的結構缺陷，而擁有更長分子鏈更多支鏈的M4纖維的整根纖維上分布了無規(guī)雜亂的結構缺陷。微束廣角實驗結果表明單斜相晶體結構出現(xiàn)在整根M4纖維的不同位置上，而對于SIOC纖維僅有沿不同方向的晶體取向結構出現(xiàn)在竹節(jié)狀的節(jié)