超高相對分子質量聚乙烯纖維的硅烷交聯改性研究.pdf

1、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維具有高強高模、質輕柔軟、優(yōu)異的耐磨、耐化學和抗沖擊等許多優(yōu)異的性能，被廣泛應用于繩索與纖維增強復合材料領域。由于UHMWPE大分子鏈具有線性結構，不含有極性基團，使纖維耐熱性、抗蠕變性能及與樹脂基體間的界面粘結性能均較差，限制了UHMWPE纖維在復合材料領域的應用，因此對UHMWPE纖維進行改性具有極為重要的意義。本文意欲尋找一種較為簡單且易于工業(yè)化的改性方法，在基本保持UHMWPE纖維優(yōu)異力學性能的

2、基礎上，改善纖維的耐熱性、抗蠕變性及表面粘結性能。
　　本文采用過氧化苯甲酰（BPO）或過氧化十二酰（LPO）為引發(fā)劑，乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）為接枝改性劑，對UHMWPE凍膠纖維進行萃取改性，在熱拉伸階段引發(fā)硅烷在UHMWPE分子上的接枝反應，之后硅烷進一步水解、縮合而形成交聯結構。采用紫外分光光度法研究了 UHMWPE凍膠纖維對改性劑的吸附作用；用美國ASTM2765標準測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結構；用2D-X射線衍射法法分析了改性前后纖維的結晶及取向程度；用水接觸角測量儀測試了纖維的表面親水性能，用微脫粘法測定了纖維與環(huán)氧樹脂的界面剪切強度（IFSS），用纖維強力儀和動態(tài)熱機械分析儀（DMA）等分析了改性前后纖維的力學性能和抗蠕變性能。
　　論文首先研究了不同萃取條件下UHMWPE凍膠纖維對改性劑的吸附

4、性能及引發(fā)劑種類對改性前后纖維的結晶性能、熱性能和力學性能的影響。結果表明：萃取過程中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，UHMWPE纖維對BPO和VTMS的吸附量分別達13.7和109.1 mg/g纖維；改性后纖維在拉伸過程中逐漸形成穩(wěn)定的交聯結構；兩種引發(fā)劑改性纖維的DSC結晶度、熔點、結晶溫度和重結晶度均高于未改性纖維；UHMWPE纖維存在皮芯結構，皮層處的結晶度和晶區(qū)取向度

5、均高于其芯層；BPO引發(fā)改性纖維的XRD結晶度變高，而 LPO引發(fā)改性纖維的XRD結晶度則變低，各改性纖維的晶區(qū)取向度均低于未改性纖維；LPO改性纖維的力學性能低于BPO改性纖維，BPO為最佳的硅烷交聯改性的引發(fā)劑。
　　然后，論文研究了改性萃取液中BPO/VTMS質量比及VTMS濃度對改性纖維結構性能的影響，結果表明：隨萃取改性溶液中BPO/VTMS質量比的增加，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，適當的水處理可以增大纖維的凝膠含量；改性纖維的結晶度、熔點、結晶溫度和重結晶度均隨改性液 VTMS濃度的增大而增大，至3%VTMS后又開始下降。不同濃度VTMS改性后纖維的斷裂強度均低于未改性纖維，3%VTMS改性時纖維的凝膠含量為5.7%，改性纖維的力學性能損失最小。
　　論文最后對不同濃度 VTMS改性纖維的表面粘結性能、熱穩(wěn)定性能及各種溫度應力條件下的抗蠕變性能進行了測試表征。

7、結果表明：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脂間的界面粘結性能，3%VTMS-0.12%BPO改性UHMWPE纖維的表面粘結強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；在高溫低應力、室溫高應力和高溫高應力下，改性纖維的抗蠕變性能均得到較大改善；環(huán)境溫度越高，硅烷交聯改性對高應力下纖維的抗蠕變