干法工艺制备PE–UHMW纤维

采用干法纺丝工艺,以超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)纤维专用树脂为原料,制备高性能PE–UHMW纤维,通过电子拉力机、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪对不同后拉伸倍率的纤维进行力学性能和微观结构分析。结果表明,随着拉伸倍率的增加,纤维初生丝结晶度由49.57%逐渐提高至72.17%,拉伸倍率50倍以后,结晶度逐渐趋于平稳;随着拉伸倍率的增加,纤维的力学性能逐渐增强,在拉伸倍率达到83.3倍时,纤维的力学性能达到最佳,纤维断裂强度为31.53 c N/dtex,断裂伸长率为2.69%,断裂模量为1 054.78 c N/dtex;纤维微观表面结构也发生有规律的变化。     

热拉伸过程中PE–UHMW/PE–HD共混纤维的晶体结构演变

将超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)与高密度聚乙烯(PE–HD)按照质量比为6︰4进行共混熔融纺丝,并对初生丝进行高倍热拉伸制得PE–UHMW/PE–HD共混纤维。利用广角X射线衍射、差示扫描量热、声速取向试验等方法研究了PE–UHMW/PE–HD共混纤维在热拉伸过程中的晶体结构演变过程。研究显示,随着热拉伸过程的进行,纤维的分子链沿纤维的轴向取向度逐渐增加,熔融峰温度逐渐升高,结晶度逐渐增加;沿径向的晶粒尺寸逐渐减小,而沿轴向的晶粒尺寸逐渐增加,即形成了更细长的晶粒;晶体的取向度逐渐增加。当拉伸倍数由1增大至6时,上述现象变化显著,当拉伸倍数由9增至15时,上述现象变化缓慢。与PE–HD共混后的纤维结晶度、晶体取向度和分子链取向度更高,晶粒更加细长。     

PE–UHMW抗弹复合材料及其在防护领域中的应用

根据超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)抗弹复合材料中PE–UHMW增强体宏观结构形式的不同,概述了以纤维织物、纤维UD材料、高度取向薄膜材料为主体结构的3种PE–UHMW抗弹复合材料研究与应用现状,展望了其国内外发展趋势。     

超高分子量聚乙烯力学性能与可纺性研究

以分子量在350万～450万的6种牌号的超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)纤维级原料为例,研究了原料微观物理性能与可纺性和力学性能的关系。结果表明,PE–UHMW的分子量分布是影响材料可纺性的关键因素,分子量分布窄而均匀的冻胶丝能被均匀地超级拉伸,平均粒径细和粒径分布宽度窄的粉末也有利于纺丝;PE–UHMW的冲击强度与材料的结晶度、微晶尺寸、缠结点密度等多因素有关,结晶度越高韧性越差,在一定范围内微晶越小材料的冲击性能越好,缠结点密度大能提高冲击强度。     

结晶条件对超高分子量聚乙烯熔融再结晶行为的影响

应用常压差示扫描量热(DSC)仪和高压DSC仪研究了熔融温度、熔融时间、冷却速率以及压力对不同分子量的超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)熔融再结晶行为的影响。常压DSC的研究表明,随着熔融温度、熔融时间以及冷却速率的增加,PE–UHMW的结晶峰值温度(Tc)逐渐下降。在相同的熔融温度和熔融时间下,PE–UHMW的Tc随分子量的增加而逐渐增加,但在所研究的冷却速率范围内(2.5～40℃／min),在相同的冷却速率下,Tc随分子量的增加变化不大。高压DSC的研究结果表明,结晶过程中增加压力导致PE–UHMW的Tc有所下降,并且结晶峰半峰宽变大。     

熔纺PE⁃UHMW/PE⁃HD共混纤维的力学性能和晶体结构研究

通过熔融纺丝工艺制备了拉伸强度为1.13 GPa的超高分子量聚乙烯（PE?UHMW）/高密度聚乙烯（PE?HD）共混纤维。采用差示扫描量热仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、声速取向测试、纤维强度测试等方法研究了初生丝和纤维的晶体结构及力学性能。结果表明,将PE?UHMW与低熔体流动速率（MFR）的PE?HD共混后,提高了共混纤维的分子链取向度、结晶度及力学性能;由高度取向的分子链形成的晶粒可以在轴向上被有效拉伸,形成更规则和致密的晶体结构,从而提高了纤维的力学性能。     

PE–UHMW/MWCNT复合纤维的制备及性能研究

对多壁碳纳米管(MWCNT)进行表面有机化改性处理后,采用向纺丝溶剂中滴加纳米粒子悬浮液的混合方式,制备了超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)/MWCNT复合纤维。通过紫外分光光度计、扫描电子显微镜、热台偏光显微镜分析了MWCNT在基体中的分散情况,并利用X射线衍射、力学性能测试、差示扫描量热分析、热重分析等测试方法对复合纤维的结构及性能进行了表征分析。结果表明,MWCNT分散良好的复合纤维,其力学性能得到了提升,耐热性和耐蠕变性也得到了不同程度的改善。     

超临界CO_2微孔发泡PE–LLD/PE–UHMW共混物

研究了线型低密度聚乙烯(PE–LLD)/超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)共混物的超临界CO2微孔发泡行为,探讨了PE–UHMW含量、发泡温度和饱和压力对泡孔形貌的影响。采用差示扫描量热仪和旋转流变仪对PE–LLD及其共混物的热性质和流变性质进行了测试和表征,并通过扫描电子显微镜表征和分析了发泡样品的泡孔形貌。结果表明,少量PE–UHMW的加入可以显著降低PE–LLD发泡样品的孔径,增加孔密度。随着发泡温度的升高,PE–LLD样品的泡孔结构会发生塌陷现象,而加入少量PE–UHMW可以提高基体的黏度,起到支撑孔壁防止塌陷的作用,并最终得到均匀的开孔结构。另一方面,当温度一定时,饱和压力升高可以降低孔径并且得到开孔形貌的泡孔结构。     

高抗冲高模量聚碳酸酯复合材料的制备

以α–磷酸锆(α–Zr P)为刚性研磨介质,超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)为抗冲改性剂,聚碳酸酯(PC)作为基体材料,通过母粒法(两步熔融共混法)制备了高抗冲高模量复合材料。研究了PE–UHMW添加量及几种无机填料对复合材料力学性能及微观结构的影响。结果表明,当PE–UHMW含量为8份、α–Zr P含量为2份时,复合材料的冲击强度、弯曲弹性模量达到最大值。α–Zr P的加入还使复合材料的其它力学性能得到了一定程度改善。经扫描电子显微镜分析表明,α–Zr P的加入起到了助分散的作用,促进了PE–UHMW在基体树脂中的均匀分散,所以冲击性能得到进一步提高。     

尼龙6改性超高分子量聚乙烯

采用挤出成型工艺制备了尼龙6(PA6)改性超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)共混材料。研究了PA6含量对PE–UHMW/PA6共混材料热性能及力学性能的影响。研究表明,PA6质量分数为30%时维卡软化温度达到145.9℃,较纯PE-UHMW提高了14℃,邵氏硬度达到69,较纯PE-UHMW提高了15%;共混材料的缺口冲击强度随PA6质量分数的增加而降低,在PA6含量不变的条件下,添加适量的增容剂能够改善共混材料的缺口冲击强度。同时结合DSC测试共混材料中PE–UHMW的结晶度与对共混材料的微观形貌扫描观察,进行了PE–UHMW与PA6的作用机理分析。     

模压成型工艺对PE–UHMW结晶度和耐磨性能的影响

在3.6 MPa的初始模压压力下,分别改变模压温度、模压时间和冷却方式对超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)进行了模压成型,研究了PE–UHMW模压成型工艺对其结晶度和耐磨性能的影响。结果表明,在不同的模压温度或模压时间下,PE–UHMW结晶度与耐磨性能的变化没有理想的对应关系;但从整体结果可以得出,较高模压温度或较长的模压时间会导致PE–UHMW结晶度降低,耐磨性能变差。模压温度为230℃、模压时间为30 min时,PE–UHMW的耐磨性能最好。不同冷却方式对PE–UHMW结晶度的影响较小,对耐磨性能的影响较大。采用较低的冷却速率并在PE–UHMW结晶温度下保温30 min,可以得到耐磨性能优异的PE–UHMW。     

熔体拉伸PE–HD和PE–LLD薄膜的制备及性能

以高密度聚乙烯(PE–HD)和线型低密度聚乙烯(PE–LLD)树脂为原料,采用转矩流变仪,借助熔体拉伸法制备了具有取向结构的PE–HD膜和PE–LLD膜。利用偏光显微镜、傅立叶变换红外光谱、差示扫描量热、小角激光散射及力学性能测试分析不同熔体拉伸速率下PE–HD膜和PE–LLD膜的结构与性能变化情况。结果表明,熔体拉伸速率越高,PE–HD膜和PE–LLD膜的相对取向度越高,快速拉伸PE–HD膜和PE–LLD膜的相对取向度分别为2.043和1.556;熔体拉伸速率对PE–HD膜和PE–LLD膜的结晶温度影响不大,两种膜具有显著的结晶性,PE–HD膜的结晶性更好;随熔体拉伸速率的提高,PE–HD膜和PE–LLD膜的拉伸屈服应力和拉伸弹性模量提高,断裂伸长率降低,总体上看,PE–LLD膜的断裂伸长率较PE–HD膜高,而拉伸强度较PE–HD膜低。     

EP/三维编织PE–UHMW纤维复合材料的摩擦磨损性能

以三维编织超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)纤维为增强体,环氧树脂(EP)为基体,通过树脂传递模塑工艺制备了EP/三维编织PE–UHMW纤维复合材料,研究了纤维含量和载荷对复合材料摩擦系数与磨损率的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料磨损表面进行了分析。结果表明,随着纤维体积含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率逐渐减小;随着载荷的增大,复合材料的摩擦系数逐渐减小,但磨损率增大;复合材料的磨损机制以粘着磨损为主。     

PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究

采用硅烷偶联剂KH550对海泡石纤维（Sep）进行了改性,采用平板硫化机通过热压成型法制备了超高分子量聚乙烯（PE?UHMW）/Sep和PE?UHMW/改性海泡石纤维（O?Sep）复合材料,并通过红外光谱仪（FTIR）、电子万能试验机、扫描电子显微镜（SEM）等对Sep 及O?Sep的表面结构和复合材料的力学性能、摩擦学性能及磨痕形貌进行了表征和测试。结果表明,O?Sep表面存在KH550分子,其在复合材料中分布比Sep更为均匀;当O?Sep含量达到6 %（质量分数,下同）时,复合材料力学性能和摩擦学性能表现最佳,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为32.1 MPa,171.2 MPa、138.3 GPa和17.62 kJ/mm²,比纯PE?UHMW分别提高了41.4 %、40.0 %、95.6 %和36.9 %;其摩擦因数和磨损量分别为0.124和 0.1 mg,比纯PE?UHMW分别提高了77.1 %和80 %。     

CB结构度对隔离型PP/PE–UHMW/CB导电复合材料的影响

通过乙醇辅助超声分散–热压法制备了具有隔离结构的聚丙烯(PP)/超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)/炭黑(CB)导电复合材料。利用偏光显微镜和扫描电子显微镜分析了所制备的导电复合材料的结构与形貌,并研究了不同结构度的CB对复合材料逾渗行为的影响。结果表明,所制备的隔离型导电复合材料中,CB被PE–UHMW所隔离,高结构度CB主要分布在PP与PE–UHMW的界面处,而低结构度CB在PP与PE–UHMW的界面处及PP基体中均有分布。相比传统熔融法,采用上述方法制备的隔离型导电复合材料具有较低的逾渗值和更好的导电性能。其中,由高结构度CB制备的导电复合材料具有更低的逾渗值。     

PE-UHMW分子量及其分布表征技术进展

针对常规分子量表征手段很难用于超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)的分子量测试现状,综述了PE–UHMW分子量分布及其大小测试方法。PE–UHMW分子量分布可以通过以下方式实现:利用不同温度时溶解性不同实现分离,利用凝胶色谱柱实现分离,利用运动速度与分子量之间的关系实现分离。PE–UHMW分子量测试目前主要有黏度法、凝胶色谱连用技术、流变仪法等,其中黏度法在实际生产中得到了广泛应用,但这种方法重复性差,其可靠性和准确性还不稳定。     

磁性纤维力学性能探讨

采用复合纺丝方法试制了磁粉含量分别为 60 % ,70 % ,80 %的磁性纤维 ,测试了纤维的力学性能、热机械性能、拉伸性能及形态结构。结果发现 :随着纤维芯层材料中磁粉含量的升高 ,纤维力学性能降低 ,含磁粉 80 %的纤维强力仅约 17c N ,最高拉伸倍数为 5倍 ;随着拉伸倍数的提高 ,纤维的强力增加 ,断裂伸长降低 ,最高拉伸倍数降低 ,纤维截面形态结构有一些结构缺陷。     

纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料的研制

利用偶联接枝对纳米炭黑粒子表面处理,通过反应型增容载体载附纳米炭黑,将处理后的纳米炭黑及纳米复配阻燃剂用于改性超高分子量聚乙烯(PE–UHMW),制备出纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料。通过体积电阻率测试、燃烧性能测试、热重分析及扫描电子显微镜分析对该材料的导电性能、阻燃性能、热性能等进行了研究。结果表明,纳米炭黑分布在PE–UHMW球晶间缝隙处和球晶内微纤间缝隙处的非晶区内,形成了纳米级双导电网络,这种立体穿插纳米尺度均匀分布,在低炭黑含量情况下就形成稳定的导电通路,起到了抗静电作用;制备的纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料,其燃烧时形成高效、致密、厚实的炭层,可有效地隔绝空气,起到阻燃作用。     

石墨烯及氧化石墨烯增强PE–UHMW复合材料进展

从力学性能、化学稳定性和摩擦学性能3个方面,叙述了石墨烯及氧化石墨烯增强超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)复合材料的研究现状。根据PE–UHMW复合材料所表现出来的优异性能可知,新型复合材料拥有优异的力学性能,在不远的将来将会取代目前广泛使用的交联聚乙烯材料,并将获得举足轻重的地位。     

超高分子量聚乙烯耐热性改性研究进展

综述了近年来对超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)的耐热性改性研究进展,介绍了物理改性(与无机物、有机物、纳米材料共混)、化学改性(过氧化物、偶联剂、辐射交联改性)和聚合填充复合改性在PE–UHMW的耐热性改性方面的应用,讨论了不同PE–UHMW的耐热性改性方法的改性效果及改性机理,并对PE–UHMW的耐热性改性的发展趋势做了展望。