納米粒子改性高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的研制.pdf

1、該論文首先研究了納米粒子的表面處理工藝,確定了最佳的偶聯(lián)劑種類和用量.實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過(guò)3wt％鈦酸酯偶聯(lián)劑處理的納米粒子的分散性最佳,處理后納米粒子在UHMWPE纖維基體中的平均尺寸為50nm左右,基本沒(méi)有大的團(tuán)聚體存在.將經(jīng)表面處理后的納米粒子分散在礦物油中,然后加入U(xiǎn)HMWPE粉末和抗氧劑,經(jīng)高溫溶脹、溶解后制得分散有納米粒子的UHMWPE溶液.實(shí)驗(yàn)表明,納米粒子的加入對(duì)溶液粘度和UHMWPE的結(jié)晶性能均有影響,由于納米粒子和PE大分子

2、及溶劑間有強(qiáng)烈的相互作用,使溶液粘度及粘流活化能均隨納米粒子的加入量的增加而增加.納米粒子和抗氧劑的添加對(duì)UHMWPE的結(jié)晶形態(tài)都沒(méi)有影響,但加入抗氧劑后UHMWPE的結(jié)晶度變大,晶粒尺寸變小,而納米粒子的加入使UHMWPE的結(jié)晶度變小,晶粒尺寸變大.由于相分離而使UHMWPE凍膠纖維中存在著疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),經(jīng)萃取后會(huì)在纖維中形成許多貫穿的納米或微米級(jí)的微孔,使納米粒子能擴(kuò)散進(jìn)入纖維中.該論文將納米粒子分散在萃取劑中,用此復(fù)合萃取劑對(duì)U

3、HMWPE凍膠纖維進(jìn)行萃取,制成了納米粒子均勻分散的UHMWPE纖維.與溶解階段加入納米粒子相比,在萃取階段加入納米粒子,由于UHMWPE凍膠纖維內(nèi)微孔尺寸的限制,纖維內(nèi)沒(méi)有較大尺寸的納米粒子團(tuán)聚體存在.無(wú)論纖維中溶劑存在與否,將UHMWPE凍膠纖維置于分散有納米粒子的萃取液中一定時(shí)間,納米粒子均可擴(kuò)散進(jìn)入U(xiǎn)HMWPE凍膠纖i維,且凍膠纖維對(duì)納米粒子有較強(qiáng)的吸附作用.納米粒子的加入使UHMWPE凍膠纖維的萃取除油速率變慢,超聲可加快納米

4、粒子擴(kuò)散進(jìn)入纖維的速度,同樣,超聲可加速纖維中溶劑的萃取去除.采用萃取加入的方式制成了納米粒子均勻分散的UHMWPE干凍膠纖維,然后經(jīng)過(guò)多級(jí)熱拉伸,制成納米粒子改性UHMWPE纖維.研究了拉伸過(guò)程中纖維的結(jié)構(gòu)和性能的變化,及納米粒子的加入對(duì)纖維結(jié)構(gòu)性能的影響,討論了納米粒子對(duì)UHMWPE纖維的改性機(jī)理.結(jié)果表明:①隨拉伸的進(jìn)行,UHMWPE纖維的力學(xué)性能、結(jié)晶度、取向度均大大提高,而晶粒尺寸逐漸變小.②用納米粒子改性后,纖維強(qiáng)度基本不變