超轻高强纤维塑料──超拉伸UHMWPE

本文概述了一种目前国际最新颖的超轻、高比强度、高比模量、低成本、应用广泛的纤维塑料——超拉伸ＵＨＭＷＰＥ。介绍了它的制备机理、工艺过程、物理特性及应用范围，特别对国内在此领域内的前沿研究成果作了较详尽的叙述。     

超拉伸熔纺UHMWPE纤维结晶结构的变化

利用广角X射线衍射仪、热分析仪、小角X射线散射仪研究了熔纺UHMWPE纤维在超拉伸过程中结晶结构的演变过程。研究显示,随着拉伸的进行,UHMWPE纤维的结晶度逐渐增加,其值最终稳定在66%左右;横向晶粒尺寸逐渐下降,(110)和(200)晶面的值稳定在13.4nm和9.7nm左右;折叠链逐渐向伸直链转变;第一熔融峰温度逐渐提高,且在高倍拉伸下,出现第二熔融峰;纤维的取向度逐渐增加,缺陷度逐渐下降;流动性改性剂的加入仅仅改善了UHMWPE的流动性,并不影响纤维在拉伸过程中结晶结构的变化趋势。     

超声场致作用对UHMWPE流变及拉伸性能的影响

利用本实验室自行研制的超声混炼装置对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行超声混炼,通过实验发现,超声混炼可有效地降低UHMWPE的粘度。并且不会使其力学性能有很大降低,甚至由于超声场致作用使得材料的断裂伸长率等性能得到很大提高。     

基于3D-DIC技术的老化UHMWPE无纬布准静态拉伸性能研究

目的 通过研究老化后的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)无纬布力学特性,了解防弹衣在自然环境下的抗老化性能,为防弹装备使用和存储提供科学指导。方法 采用三维数字图像相关技术(3D-DIC)和万能材料试验机开展了其准静态拉伸力学性能测试。结果 十年自然老化后的UHMWPE无纬布应力应变曲线仍呈近似线性特征,但平均拉伸模量仅为18.0 GPa。结合试验过程中的全场应变变化过程,分析了UHMWPE无纬布试件的变形特性,发现拉伸过程中应变在分析区域内的分布较均匀。结论 十年自然老化后的UHMWPE无纬布软质防弹衣平均拉伸模量明显降低,防弹性能无法满足使用要求。     

超高倍拉伸聚乙烯凝胶纤维熔融行为的研究

将超高分子量聚乙烯(UHMWPE)冻胶丝经各倍热拉仲后的纤维作DSC、WAXD研究。在DSC图谱上温度为137℃、140～146℃、150～154℃和158℃(T_(m1)、T_(m2)、T_(m3)、T_(m4))处分别出现了四个峰。第一个峰表征着初生丝中“溶剂化结晶”的熔融,随着拉伸倍数的提高,“溶剂化结晶”逐渐变为串晶结构。DSC表明,当拉伸达到12.1倍时,这种转变完成,在UHMWPE纤维中的结晶一般为正交晶系,DSC图谱的出峰情况和实验条件密切相关,在一定的条件下,可以看到T_(m3)峰,它衣征着在纤维中存在有六方晶系。热拉伸过程中结构的发展和“拉伸三阶段机理”相吻合。     

超拉伸熔纺UHMWPE纤维结晶结构的变化EI北大核心CSCD

利用广角X射线衍射仪、热分析仪、小角X射线散射仪研究了熔纺UHMWPE纤维在超拉伸过程中结晶结构的演变过程。研究显示,随着拉伸的进行,UHMWPE纤维的结晶度逐渐增加,其值最终稳定在66%左右;横向晶粒尺寸逐渐下降,(110)和(200)晶面的值稳定在13.4nm和9.7nm左右;折叠链逐渐向伸直链转变;第一熔融峰温度逐渐提高,且在高倍拉伸下,出现第二熔融峰;纤维的取向度逐渐增加,缺陷度逐渐下降;流动性改性剂的加入仅仅改善了UHMWPE的流动性,并不影响纤维在拉伸过程中结晶结构的变化趋势。     

UHMWPE凝胶结晶膜结晶形态的小角X射线衍射研究

由准稀溶液速冷凝胶（冻胶）化结晶方法制备出超高分子量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）膜。对不同成膜浓度条件，以及再经不同温度（室温～１３０℃）热处理后所获得的膜，用小角Ｘ射线衍射方法及广角Ｘ射线衍射仪对称反射几何布置，观测了它们的片晶层积状结构及其形态的变化。结果表明，这种Ｃ轴垂直于膜面的片晶层积状形态结构与初始成膜浓度有关。发现在可达最大拉伸比的成膜浓度范围（０．４～０．５ｇ／１００ｍｌ）内，膜中片晶排列     

丝胶/PVA/玉米淀粉共混凝胶膜的制备及其体外降解调控研究

废弃蚕茧中提取并制得易溶性丝胶蛋白(SS)粉末,玉米淀粉(MS)作填充剂,与PVA经水相共混和反复冻融制备了不同配比SS/PVA/MS复合凝胶膜。经红外检测对其结构进行了确认;分别以去离子水和模拟体液(SBF)为介质,考察了SS/PVA质量比及MS含量对膜材料力学性能、溶胀性和降解性的影响。结果显示SS/PVA质量比为3/7,MS含量为18%时,膜的断裂伸长率为最优,拉伸强度可达到较优水平,而通过对MS含量和SS/PVA质量比的调整,可以达到调节复合膜降解速率的目的。     

UHMWPE/SiO2渔用纳米复合单丝的力学性能与动态力学行为研究

采用熔融纺丝法制备超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/二氧化硅(SiO_2)渔用纳米复合单丝,并研究了牵伸倍数和纳米粒子含量对UHMWPE单丝结构、热性能、力学性能及动态力学行为的影响。结果表明,纳米SiO_2在UHMWPE单丝基体中的分散为纳米级分散,且分布均匀。当纳米SiO_2含量增加时,熔点和结晶度基本不变,而UHMWPE/SiO_2纳米复合单丝的取向度增大,断裂强度和结节强度增大。动态力学分析表明,当纳米SiO_2含量增加时,纳米粒子与聚乙烯链段相互作用力增强,晶区附近受限的非晶区链段增多,α转变峰逐渐增强增宽。通过纳米改性技术,能够显著改变聚乙烯单丝的粘弹性能,并使聚乙烯单丝的力学性能提高,为实现渔用聚乙烯纤维材料的改性与高性能化提供了理论和技术支撑。     

冻胶法制备超高分子量聚乙烯/SiO2杂化微孔膜研究——稀释剂与SiO2对铸膜液熔融结晶性能的影响

根据界面相分离原理,以矿物油为稀释剂,O2为添加剂,采用冻胶法制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)膜以及UHMWPE/SiO2杂化微孔膜,讨论了稀释剂以及无机粒子含量对膜熔融结晶性能的影响.结果表明,矿物油作为微孔稀释剂,其加入使微孔膜中UHMWPE熔点降低,结晶度减小.当SiO2与UHMWPE质量比低于8/10时,随SiO2含量增加,UHMWPE熔点变化不显著,熔限增加,结晶温度升高,相对结晶度增大,微晶尺寸减小;当SiO2加入量足够大时,相对结晶度反而减小.随SiO2其含量增加,界面孔增多,膜孔隙率提高,水通量增大,泡点孔径先增大后减小.     

预拉伸厚铝板内 部残余应力 与晶粒取向均匀性的研究

目的消减预拉伸铝板内部残余应力。方法利用短波长X射线衍射仪(SWXRD),分别对某公司国产25 mm厚2024-T351预拉伸铝板,以及美国铝业公司(ALCOA)20 mm厚7075-T651预拉伸铝板的内部残余应力、内部织构及其沿板厚的分布,进行了无损测定。结果 ALCOA的20mm厚7075预拉伸铝板内部残余应力小于25 MPa,其内部晶粒取向沿板厚均匀分布;而某公司原工艺生产的25 mm厚2024预拉伸铝板,内部残余应力高达100 MPa左右,其内部晶粒取向沿板厚分布很不均匀。结论源自于轧制的内部织构沿板厚分布的不均匀性,使得以消减残余应力为目的的预拉伸处理中的铝板塑性变形不均匀,导致某公司国产预拉伸铝板内部残余应力的消减效果差,在其后续加工中容易产生加工变形超差的问题,需要抑制强剪切织构的产生,减小织构在整个板材厚度上的不均匀分布程度。