超高相对分子质量聚乙烯环氧树脂复合纤维的制备与表征

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1、超高相对分子质量聚乙烯／环氧树脂复合纤维的制备与表征摘要超高相对分子质量聚乙烯纤维是90年代初出现的一种高科技高性能的纤维，与碳纤维和芳纶一同被称为当今世界三大高科技高分子纤维。该纤维具有密度小，耐紫外线，耐腐蚀等稳定的化学性能及突出的抗冲击、抗切割韧性等优异性能，是制作软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、雷达罩、运钞车防弹装甲、直升机防弹装甲、舰艇及远洋船舶缆绳、轻质高压容器、航天航空结构件、深海抗风浪网箱、渔网、赛艇、帆船、雪橇等的理想材料。但超高相对分子质量聚乙烯在加工过程中存在流动性差，熔融状态下粘度极高，加工难度大，生产效率低，成本高；成品纤维耐热性差

2、；应力作用下容易蠕变等弱点，大大限制了应用范围。梁琳俐等通过加入碳纳米管，大大改善了其力学性能、蠕变性能及耐热性，认为其原因是碳纳米管起到了物理交联点的作用。但是碳纳米管必须经过处理才能与超高相对分子质量聚乙烯基体有较好的相容性，并且容易再团聚。因本研究想寻找另一种与超高相对分子质量聚乙烯基体有较好相容性的刚性分子来代替碳纳米管，首先我们想到的是热致液晶高分子。可是热致液晶高分子的熔点一般都比较高，在超高相对分子质量聚乙烯的纺丝温度以上，很难找到适合超高相对分子质量聚乙烯纺丝温度的液晶，而且热致液晶高分子大多为极性的，与超高相对分子质量聚乙烯的相容性差，很难得

3、到高性能的复合纤维。在此基础上，本研究选用了环氧树脂，一来作为粘结剂，二作为成核剂，来改善聚乙烯的综合性能。结果表明：1)不论加不加固化剂，少量环氧树脂的加入使得超高相对分子质量聚乙烯冻胶体系的表观粘度降低；但当环氧树脂添加量超过3wt％以后，冻胶体系的表观粘度比空白UHMWPE冻胶体系表观粘度高；2)不论加不加固化剂，加入适量的环氧树脂，使聚乙烯对温度的敏感性降低，改善其加工稳定性。3)由热分析(DSC)澳J试结果可知，只添加环氧树脂，使得聚乙烯熔点略有降低，加入固化剂后可以提高其熔点至147"C。4)广角x光衍射结果(WAXD)表明，不论加不加固化剂，随环

4、氧树脂添加量的增加，晶粒尺寸减小，晶面间距也减小，晶体堆积更加紧密。5)由POM观察可知，环氧树脂在超高相对分子质量聚乙烯基体中起到了成核剂的作用。6)扫描电镜(SEM)结果表明，不论加不加固化剂，与纯UHMWPE相比较，添加了环氧树脂的超高相对分子质量聚乙烯萃取丝的微纤结构更加明显，可能是由于超高相对分子质量聚乙烯沿着环氧树脂分子结晶的缘故。7)当环氧树脂添加量为5wt％时，其断裂强度和杨氏模量比空白高分子量聚乙烯提高最多。不加固化剂时，比空白样品分别提高32．41％和26．12％，而加入固化剂后比空白样品分别提高61．05％和90．16"／o，比没有添加固

5、化剂的有明显提高。不论加不加固化剂，当环氧树脂含量增加至10wt％时，其力学性能比环氧树腊含量为5wt％l约UHMWPE／Epoxy复合纤维明显降低，可能是因为环氧树脂在基体中分散不匀引起的。8)环氧树脂的加入使得超高相对分子质量聚乙烯的蠕变性能和耐热性略有改善，加入固化剂后进一步改善了相对分子质量聚乙烯的蠕变性能和耐热性。关键词：超高相对分子质量聚乙烯，环氧树脂，交联剂，冻胶纺丝，成核剂，复合纤维STUDlYONTHEPREPARATIONANDCHARACTEIUZATIONOFUHMⅥ甲E甩POXYRESINCO～伊0SITEFIBERUltra-hig

6、hmolecularweightpolyethylene(UHMWPE)fiberisakindofhighperformancefIbers，whichhasveryhighmolecularweight,extendedchaincrystal，1lighorientationandhi【ghcrystallization．Ithashighestspecificstrengthamongallkindoffibers．Inaddition,italsopossesseslowdensity,goodUvanderosionresistance，outst

7、andingimpactandcutresistance．UHMWPEhasbeen硒delyusedinmanyfields．However,ithasalsosomeweaknesses．suchaspoorrheologyflowandresultsintolowproduceefficiencyandhighcost，poorthermalresistanceandeasytocreep，whichlimititsfurtherapplicationsinsomespecialfields．Itisthereforeimportanttoimprove

8、theseweaknessesofUH