柔性高性能纖維的光熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、高性能纖維材料以其高強、高模、耐高溫特性廣泛應用于航空、航天、軍事、體育和其它各種安全防護方面，但這只是相對普通高聚物纖維而言。其纖維自身的極限，相互間的對比，以及在光、熱輻射，水解及其復合狀態(tài)下的行為與變化特征，并不明確，而往往以一個“高性能”冠之。事實上，要達到真正的安全、可靠使用，避免過多的冗余設計，尋求改善其不足之處的途徑，是這類高性能纖維性能評價中所亟待解決的問題。 論文中對8種高性能纖維(Kevlar 29，Kevl

2、ar 49，。Kevlar129，Twaron 2000，Terlon ，Kermel ，PBO和UHMW-PE)材料的熱重分析TG表明：①各類溫度指標(開始分解溫度T<,1>、質量變化速率最大點的溫度T<,p>和半壽溫度T<,1/2>)在空氣和氮氣兩種氣氛條件下的排列順序一樣；②本文提出的綜合性溫度指標與各類溫度指標對照，結果一致，即PBO纖維耐高溫性最好，其次是Terlon ，然后是其它幾種對位芳綸和Kermel纖維，UHMW-PE

3、纖維耐熱性最差；③利用經(jīng)典的熱降解動力學理論分析，表明空氣環(huán)境中材料的熱降解活化能低于氮氣環(huán)境中的活化能，反應級數(shù)近似，即樣品在空氣中的降解比在氮氣中容易，空氣加速了樣品的氧化降解。 由TG結果設置熱力學條件對比樣品的熱機械性能，PBO纖維仍顯示出最好的耐高溫力學性能。超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纖維在70℃下可以安全使用，其力學性能保持率(強度、斷裂伸長率和模量)與熱老化溫度和熱老化時間之間存在指數(shù)關系，且相關系數(shù)較高，

4、符合實際使用情況。根據(jù)建立的溫度與模量之間的理論模型，得出模量隨溫度的升高先出現(xiàn)增加現(xiàn)象，然后發(fā)生下降。 利用氙弧燈和碳弧燈兩種光源模擬日光，探討高性能纖維在一定溫濕度和時間下的耐光老化性能。纖維的斷裂強度、斷裂伸長率和初始模量都發(fā)生了下降。整體而言，纖維強度在碳弧燈輻照下比在氙弧燈下下降得多，絕對值大約相差5﹪～10﹪，氙弧燈的作用比較接近實際日光照射的結果。實驗中還發(fā)現(xiàn)，雖然PBO纖維在TG和熱機械性能上有最大值，且未處理時

5、力學性能最優(yōu)，但光照老化后性能不及Kevlare 129纖維，即PBO纖維的耐目光性較差。8種纖維中，UHMW-PE纖維耐光性最好，Kermel纖維在日曬條件下力學性能下降最快。對高性能纖維光照一段時間后再熱處理，發(fā)現(xiàn)這種復合作用使得纖維的性能發(fā)生劇烈的變化，在實際使用中應絕對避免這些高性能纖維光熱的復合作用，除非對它們進行過特殊處理后才有可能避免損傷。自制彎曲、扭轉疲勞儀并對所選高性能單纖維進行彎曲和扭轉疲勞實驗，結果顯示彎曲疲勞壽命

6、(扭轉疲勞壽命)的對數(shù)與預加張力、彎曲角度(扭轉角度)之間存在線性關系。而且兩種條件下，預加張力的影響都比角度影響大，所以這些高性能纖維材料應盡量避免在高應力條件下的彎曲與扭轉使用。高性能纖維材料在扭轉過程中存在捻度傳遞不均勻性，且清楚顯示纖維中存在弱節(jié)。兩種條件，即彎曲疲勞、扭轉疲勞分別作用下，柔性材料UHMW-PE纖維的彎曲、扭轉疲勞壽命都最長，對位芳綸的壽命相對較短。而這與纖維自身的微細結構有關，SEM觀察表明，UHMW-PE纖維

7、更多地顯示韌性破壞的特征，而芳綸纖維則較多地顯示其原纖劈裂破壞的特征。 對實際應用的Kevlar 129織物和玻璃織物，進行耐日曬性能研究。利用二氧化鈦的溶膠一凝膠溶液涂層，發(fā)現(xiàn)涂層織物日曬條件下光學性能得到了改善。掃描電鏡顯示在織物表面形成了二氧化鈦溶膠一凝膠的三維凝膠網(wǎng)絡結構，這對于光線的進入起到了防護作用，二氧化鈦積極地發(fā)揮了對紫外光的吸收和反射屏蔽作用。同時，對Kevlar 129、PBO和．Kermel 三種纖維也進行