超高相对分子质量聚乙烯纤维的硅烷交联改性研究

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1、学校代码：10255学号：2110321东华大学硕士学位论文超高相对分子质量聚乙烯纤维的硅烷交联改性研究RESEARCHONTHESILANECROSSLINKINGMODIFICATIONOFULTRA-HIGHMOLECULARWEIGHTPOLYETHYLENEFIBERS学科专业：材料加工工程作者姓名：张秀雨指导教师：于俊荣答辩日期：2014年1月万方数据东华大学硕士学位论文超高相对分子质量聚乙烯纤维的硅烷交联改性研究附件一：东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用

2、的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日I万方数据东华大学硕士学位论文超高相对分子质量聚乙烯纤维的硅烷交联改性研究附件二：东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位

3、论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日II万方数据东华大学硕士学位论文超高相对分子质量聚乙烯纤维的硅烷交联改性研究超高相对分子质量聚乙烯纤维的硅烷交联改性研究摘要超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维具有高强高模、质轻柔软、优异的耐磨、耐化学和抗冲击等许多优异的性能，被广泛应用于绳索与纤维增强复合材料领域。由于UHMWPE大分子链具有线性结构，不含有极性基团，使纤维耐热性、抗蠕变性能及与树脂基体间的界面粘结性能均较差，限制了UHMWPE纤维在复合材料领域的应用，因此对UHMWPE纤维进行改性具有极为重要的意义。本文意欲寻找一种较为简单且易于工业化的改性方法，在

4、基本保持UHMWPE纤维优异力学性能的基础上，改善纤维的耐热性、抗蠕变性及表面粘结性能。本文采用过氧化苯甲酰（BPO）或过氧化十二酰（LPO）为引发剂，乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）为接枝改性剂，对UHMWPE冻胶纤维进行萃取改性，在热拉伸阶段引发硅烷在UHMWPE分子上的接枝反应，之后硅烷进一步水解、缩合而形成交联结构。采用紫外分光光度法研究了UHMWPE冻胶纤维对改性剂的吸附作用；用美国ASTM2765标准测试了改性前后纤维的凝胶含量；用差示扫描量热仪（DSC）和热失重分析仪（TG）测试了改性前后纤维的热性能和热稳定性能；用傅利叶红外光谱仪（FTIR）研究了纤维表面的化学结构；用2D-X射

5、线衍射法法分析了改性前后纤维的结晶及取向程度；用水接触角测量仪测试了纤维的表面亲水性能，用微脱粘法测定了纤III万方数据东华大学硕士学位论文超高相对分子质量聚乙烯纤维的硅烷交联改性研究维与环氧树脂的界面剪切强度（IFSS），用纤维强力仪和动态热机械分析仪（DMA）等分析了改性前后纤维的力学性能和抗蠕变性能。论文首先研究了不同萃取条件下UHMWPE冻胶纤维对改性剂的吸附性能及引发剂种类对改性前后纤维的结晶性能、热性能和力学性能的影响。结果表明：萃取过程中UHMWPE冻胶纤维能够吸附一定量的改性剂，采用3%VTMS-0.12%BPO改性液萃取时，UHMWPE纤维对BPO和VTMS的吸附量分别达13

6、.7和109.1mg/g纤维；改性后纤维在拉伸过程中逐渐形成稳定的交联结构；两种引发剂改性纤维的DSC结晶度、熔点、结晶温度和重结晶度均高于未改性纤维；UHMWPE纤维存在皮芯结构，皮层处的结晶度和晶区取向度均高于其芯层；BPO引发改性纤维的XRD结晶度变高，而LPO引发改性纤维的XRD结晶度则变低，各改性纤维的晶区取向度均低于未改性纤维；LPO改性纤维的力学性能低于BPO改性纤维，BPO为最佳的硅烷交联改性的引发剂。然后，论文研究了改性萃取液中BPO/VTMS质量比及VTMS浓度对改性纤维结构性能的影响，结果表明：随萃取改性溶液中BPO/VTMS质量比的增加，改性纤维的凝胶含量先增大后降低，

7、最佳的BPO/VTMS质量比为1：25；纤维凝胶含量随VTMS加入量的增大而增加，适当的水处理可以增大纤维的凝胶含量；改性纤维的结晶度、熔点、结晶温度和重结晶度均随改性液VTMS浓度的增大而增大，至3%VTMS后又开始下降。不同浓度VTMS改性后纤维的断裂强度均低于未改性纤维，3%VTMS改性时纤维的凝胶含量为5.7%，IV万方数据东华大学硕士学位论文超高相对分子质量聚乙烯纤维的硅烷交联改性研究改