论文部分内容阅读
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维作为世界三大高性能纤维之一,因为具有低密度、高强度、高模量的特点在许多领域都得到了广泛应用,但高昂的成本价格限制了其在民用中高强纤维领域的发展。为此我们考虑用低分子量聚乙烯(LMWPE)与UHMWPE共混制备低成本UHMWPE共混中高强纤维。以十氢萘和白油为溶剂制备了UHMWPE/LMWPE共混凝胶材料,对其拉伸性能进行了研究,结果表明同样拉伸倍数下,UHMWPE低密度聚乙烯(LDPE)共混凝胶材料的拉伸强度,断裂伸长率和杨氏模量是三种共混凝胶材料中最优的,增大拉伸倍数可以有效提高共混凝胶丝的拉伸强度,当LDPE添加量为50%,拉伸125倍后共混凝胶丝的拉伸强度可达1.2GPa,确定以UHMWPE/LDPE=5:5的共混凝胶来制备纤维。利用旋转流变仪,对UHMWPE/LDPE共混凝胶纺丝原液的稳态和振荡流变性能进行了测试。稳态测试的结果表明:在UHMWPE浓度不变的前提下,LDPE的加入可以降低UHMWPE凝胶的表观粘度;在凝胶纺丝剪切速率范围内,共混凝胶在150℃下达到解缠平衡;150℃下,10%固含量的UHMWPE/LDPE共混凝胶的结构粘度指数较低,取向结构可以稳定并易于保持,适于纺丝。振荡测试的结果表明:剪切频率增大,温度降低,凝胶的线性粘弹区范围缩小;UHMWPE和共混凝胶的sol-gel转变分别在110℃和120℃发生,其储能模量和损耗模量均随振荡频率的升高而增大,粘弹转变点随温度升高而移向高频,在150℃时近似相等;110℃时,两种凝胶均发生相分离,高于130℃时,共混凝胶更为稳定;测试范围内,两种凝胶的松弛时间接近且随剪切频率的增大而减小。确定了选择10%固含量的共混凝胶在150℃下进行纺丝。以工业白油为溶剂,在150℃下,选用UHMWPE/LDPE=5:5,固含量为10%的共混凝胶,经过挤出,萃取,干燥和多级热拉伸制备了直径在30μmm,强度达1.25GPa的低成本UHMWPE/LDPE共混中高强纤维。对不同处理条件下共混纤维进行了POM,SEM,DSC和XRD测试,结果表明:加张力萃取以及多级热拉伸使共混纤维中两组分相容性更好,使得纤维更加致密化,分子的结晶更加完善,熔点更高。