抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的研制

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1、学校代码：10255学号：2160381东华大学硕士学位论文AThesisSubmittedtoDonghuaUniversityfortheMasterʼsDegree抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的研制PreparationofCreepResistantUltraHighMolecularWeightPolyethyleneFibersMajor:MaterialsEngineering专业：材料工程Supervisor:Prof.YuJunrong指导老师：于俊荣教授Author:ShaoY

2、usong作者：邵钰淞Date:May,2018日期：2018年5月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，

3、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：年月日东华大学邵钰淞硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注张耀鹏教授答辩委员会主席东华大学上海石油化工林耀教授级高工答辩委员会委员股份有限公司陈龙教授答辩委员会委员东华

4、大学孙宾教授答辩委员会委员东华大学王海风副教授答辩委员会委员东华大学俞昊教授答辩委员会委员东华大学张玉梅教授答辩委员会委员东华大学周蓓莹讲师答辩委员会秘书东华大学东华大学硕士学位论文抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的研制抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的研制摘要超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维具有高强度、高模量、质轻柔软、耐磨、抗冲击、抗化学腐蚀等许多优异的性能，广泛应用于防弹防刺、绳索及纤维增强复合材料领域。然而UHMWPE纤维分子间作用力弱，在较高温度和应力条件下会发生蠕变现象，使其使用寿命缩短，大

5、大限制了UHMWPE纤维的应用，需对UHMWPE纤维进行交联改性，硅烷交联改性是一种常用的改善UHMWPE纤维抗蠕变性能的方法。本文采用双螺杆溶胀、溶解工艺制备高浓度UHMWPE溶液，采用冻胶纺丝-超倍热拉伸法制备UHMWPE纤维，研究了纺丝采用的双螺杆螺纹元件及各区温度组合对制得UHMWPE原丝分子量的影响；然后采用过氧化苯甲酰（BPO）和乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）分别为引发剂和接枝改性剂，对UHMWPE冻胶纤维进行萃取改性，在后续超倍热拉伸阶段逐步引发硅烷在UHMWPE分子上的接枝、交联

6、反应，制备出抗蠕变性能得到较大改善的UHMWPE纤维，并采用差示扫描量热仪（DSC）、X-射线衍射法（XRD）及强力仪等测试了改性前后UHMWPE纤维的热性能、结晶性能及力学性能变化。论文首先优化了双螺杆挤出机的螺纹元件组合及溶胀、溶解、冻胶纺丝工艺，减轻冻胶纺丝加工过程中的分子降解程度，制备较高力学性能的UHMWPE纤维。结果发现，通过更新螺杆螺纹元件组合，去掉大角度剪切元件，减少剪切元件的数量，使用小导程的输送元件，利于升压熔融，可一定程度上减弱螺杆对物料的剪切作用；通过适度降低前区输送温度

7、，维持中区高溶解温度，大幅度降低后区输送温度，减轻UHMWPE的热降解；UHMWPE纤维的综合力学性能与纤维分子量有密切关系，UHMWPE冻胶原丝分子量高，超倍热拉伸后能够得到更高力学性能的纤维；以160万分子量UHMWPE为原料，采用东华大学硕士学位论文抗蠕变超高分子量聚乙烯纤维的研制溶液浓度为25%，通过设置合理的螺杆螺纹元件及各区温度组合，使得冻胶纺丝加工过程中UHMWPE分子降解率在50%以内，超倍拉伸后UHMWPE纤维断裂强度达到21.88cN/dtex。第二部分是对第二章优化条件制得

8、的UHMWPE冻胶纤维采用萃取方式进行硅烷交联改性，改善UHMWPE纤维的抗蠕变性能。首先通过紫外吸收光谱法定量分析了改性剂溶液萃取过程中UHMWPE纤维对改性剂分子的吸附量，确定第三次采用萃取改性液对冻胶原丝进行超声萃取改性的时间以10min为宜；当采用萃取改性液中改性剂含量为3%时，每克UHMWPE纤维对改性剂分子的吸附量可达37.1mg；改性后UHMWPE纤维的凝胶含量随着萃取改性液中VTMS含量的增大而增大；改性纤维经酸性水浴进一步处理后，纤维凝胶含量进一步提高，最佳的酸性水浴处理温度为