超高分子量聚乙烯纤维蠕变性能及其改性研究

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1、东华大学硕士研究生学位论文摘要超高分子量聚乙烯纤维蠕变性能及其改性研究摘要超高相对分子量聚乙烯({Jm删PE)纤维具有超轻、高比强度、高比模量等多种优异性能，而在各个领域中得到广泛应用。但是由于其存在熔点低、易蠕变等不足之处，在一定程度上影响UHMWPE纤维发挥更大的作用。本文回顾了该产品的国内外发展现状，特别对UHMWPE纤维应用中存在的最为主要的问题——蠕变进行了较为深入的研究。，本文通过粘胶强力丝、聚丙烯腈碳纤维原丝和高性能涤纶丝等几种高性能纤维与UHMWPE纤维的蠕变性能进行比较，对纤维分子结构与蠕变性能之间的关系进行了深入的研究。发现粘胶强力丝、聚丙烯腈碳纤维原丝和高强

2、涤纶丝中由于分子链的氢键作用和分子基团的极性作用，蠕变中普弹形变较高，而高弹形变以及粘性形变较低，在外力去除后蠕变基本上可以完全回复。而UHMEPE纤维的蠕变中主要为应力持续作用下发生的粘性流动，抗蠕变性能差。研究结果表明，原国产IIm删PE纤维与进口纤维在蠕变性能上存在较大差距，通过添加纳米粒子及其他添加剂、细旦化、多次拉伸等工艺改进能在一定程度上有效地改善UHMI

3、l『PE纤维的抗蠕变性能。在一定的处理条件下，紫外光辐照交联在不影响纤维的其他力学性能的同时，能够有效地改善纤维的抗蠕变性。通过力学性能测试、密度梯度、扫描电子显微镜(SEM)、广角x射线衍射法(wA)(D)、差示

4、扫描量热法(DSC)和声速法等实验技术，测试分析了交联对纤维超分子结构、抗蠕变性、结晶度、密度等的影响以及蠕变过程中结构和性能的变化。研究结果表明，进口UttM胛E纤维的结晶度大大高于国产UHMlj『PE纤维，因此提高纤维的结晶度是改善纤维蠕变性能的有效方法。通过UHMl】l『PE纤维等应变量曲线，根据使用的应力来估计纤维的蠕变寿命；在同一温度下，外加应力与蠕变速率的对数值(19o—lg二)东华大学硕士研究生学位论文摘要之间呈线形关系，采用内插法或外推法求出规定蠕变速率的应力值，除以安全系数n可以得到纤维的许用应力。通过Matlab编程，采用蠕变四元件数学模型，对UHMWPE纤维

5、的蠕变曲线进行计算机拟合。通过拟合，可以精确的得出纤维蠕变曲线数学表达式和试样的普弹模量E。和高弹模量E2、推迟时间z以及本体粘度rl。。拟合结果表明，UHMWPE纤维紫外辐照交联改性后，普弹模量E。有一定程度的降低，而高弹模量E2、本体粘度n。和推迟时间t却有较大提高。即e，增加，而￡。、e。有所下降。改善UHMWPE纤维的蠕变性能的关键在于如何降低粘流形变，因而紫外辐照交联改性在一定程度上改善了mffIPE纤维的蠕变性能。产／本论文的创新点为：1．找出了国产II删胛E纤维与进口纤维在蠕变性能上的差异，采用改进的纺丝工艺，使国产纤维蠕变性能及其它力学性能接近和超过进口纤维。2．

6、通过一系列的蠕变试验数据，确定了Ul{姗PE纤维的许用应力。3．采用计算机编程对哪E纤维的蠕变曲线进行拟合，可得出蠕变数学表达式和材料的各项性能参数。拟合曲线与实测曲线能很好吻合。一、，，关键词：UHMWPE纤维蠕变U＼，辐照f交联结构矽垄望查茎堡主塑窒生兰篁丝奎塑墨StudyontheCreepofUltra—highMolecularWeighPolyethyleneFiberanditsModificationAbstractUltra—highMolecularWeighPolyethylene(UHMWPE)fibershavemanyexcellentproperti

7、essuchasultra-lightweight，highspecificintensityandmodulus．However，UHMWPEfiberisliabletocreepwhenappliedwithstressanditsmeltingpointislow，whichrestrictitselftogreateruse．Inthispaper．theresearchofU}删PEfiberhomeandbroadisreviewedandespeciallytherelationshipbetweencreepperformanceandmolecularstru

8、cture，processtechnologyisstudied．BythecontrastofthecreeppropertiesbetweenUHMWPEfibersandotherhighperformancefibers—strongviscoserayon，PANandhightenacitypolyesterfiber，thecreepperformancesoffibersarethoroughlyinvestigated．Theresultsshowthatstr