超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維的硅烷交聯(lián)改性研究.pdf

1、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維具有高強(qiáng)高模、質(zhì)輕柔軟、優(yōu)異的耐磨、耐化學(xué)和抗沖擊等許多優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用于繩索與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域。由于UHMWPE大分子鏈具有線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，不含有極性基團(tuán)，使纖維耐熱性、抗蠕變性能及與樹(shù)脂基體間的界面粘結(jié)性能均較差，限制了UHMWPE纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用，因此對(duì)UHMWPE纖維進(jìn)行改性具有極為重要的意義。本文意欲尋找一種較為簡(jiǎn)單且易于工業(yè)化的改性方法，在基本保持UHMWPE纖維優(yōu)異力學(xué)性能的

2、基礎(chǔ)上，改善纖維的耐熱性、抗蠕變性及表面粘結(jié)性能。
　　本文采用過(guò)氧化苯甲酰（BPO）或過(guò)氧化十二酰（LPO）為引發(fā)劑，乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）為接枝改性劑，對(duì)UHMWPE凍膠纖維進(jìn)行萃取改性，在熱拉伸階段引發(fā)硅烷在UHMWPE分子上的接枝反應(yīng)，之后硅烷進(jìn)一步水解、縮合而形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。采用紫外分光光度法研究了 UHMWPE凍膠纖維對(duì)改性劑的吸附作用；用美國(guó)ASTM2765標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試了改性前后纖維的凝膠含量；用差示掃描量熱儀（D

3、SC）和熱失重分析儀（TG）測(cè)試了改性前后纖維的熱性能和熱穩(wěn)定性能；用傅利葉紅外光譜儀（FTIR）研究了纖維表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)；用2D-X射線(xiàn)衍射法法分析了改性前后纖維的結(jié)晶及取向程度；用水接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)試了纖維的表面親水性能，用微脫粘法測(cè)定了纖維與環(huán)氧樹(shù)脂的界面剪切強(qiáng)度（IFSS），用纖維強(qiáng)力儀和動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀（DMA）等分析了改性前后纖維的力學(xué)性能和抗蠕變性能。
　　論文首先研究了不同萃取條件下UHMWPE凍膠纖維對(duì)改性劑的吸附

4、性能及引發(fā)劑種類(lèi)對(duì)改性前后纖維的結(jié)晶性能、熱性能和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：萃取過(guò)程中UHMWPE凍膠纖維能夠吸附一定量的改性劑，采用3％VTMS-0.12%BPO改性液萃取時(shí)，UHMWPE纖維對(duì)BPO和VTMS的吸附量分別達(dá)13.7和109.1 mg/g纖維；改性后纖維在拉伸過(guò)程中逐漸形成穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)；兩種引發(fā)劑改性纖維的DSC結(jié)晶度、熔點(diǎn)、結(jié)晶溫度和重結(jié)晶度均高于未改性纖維；UHMWPE纖維存在皮芯結(jié)構(gòu)，皮層處的結(jié)晶度和晶區(qū)取向度

5、均高于其芯層；BPO引發(fā)改性纖維的XRD結(jié)晶度變高，而 LPO引發(fā)改性纖維的XRD結(jié)晶度則變低，各改性纖維的晶區(qū)取向度均低于未改性纖維；LPO改性纖維的力學(xué)性能低于BPO改性纖維，BPO為最佳的硅烷交聯(lián)改性的引發(fā)劑。
　　然后，論文研究了改性萃取液中BPO/VTMS質(zhì)量比及VTMS濃度對(duì)改性纖維結(jié)構(gòu)性能的影響，結(jié)果表明：隨萃取改性溶液中BPO/VTMS質(zhì)量比的增加，改性纖維的凝膠含量先增大后降低，最佳的BPO/VTMS質(zhì)量比為1：

6、25；纖維凝膠含量隨VTMS加入量的增大而增加，適當(dāng)?shù)乃幚砜梢栽龃罄w維的凝膠含量；改性纖維的結(jié)晶度、熔點(diǎn)、結(jié)晶溫度和重結(jié)晶度均隨改性液 VTMS濃度的增大而增大，至3%VTMS后又開(kāi)始下降。不同濃度VTMS改性后纖維的斷裂強(qiáng)度均低于未改性纖維，3%VTMS改性時(shí)纖維的凝膠含量為5.7%，改性纖維的力學(xué)性能損失最小。
　　論文最后對(duì)不同濃度 VTMS改性纖維的表面粘結(jié)性能、熱穩(wěn)定性能及各種溫度應(yīng)力條件下的抗蠕變性能進(jìn)行了測(cè)試表征。

7、結(jié)果表明：硅烷改性纖維具有較好的親水性，隨改性液中 VTMS濃度的增大，改性纖維表面水接觸角逐漸降低；硅烷改性可改善纖維與樹(shù)脂間的界面粘結(jié)性能，3%VTMS-0.12%BPO改性UHMWPE纖維的表面粘結(jié)強(qiáng)度比未改性纖維提高了11.6%；硅烷改性纖維的熱穩(wěn)定性有所下降，改性后纖維的最大降解速率變小，纖維殘留率增大；在高溫低應(yīng)力、室溫高應(yīng)力和高溫高應(yīng)力下，改性纖維的抗蠕變性能均得到較大改善；環(huán)境溫度越高，硅烷交聯(lián)改性對(duì)高應(yīng)力下纖維的抗蠕變