超高分子量聚乙烯纤维2

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1、第14卷第6期合成纤堆工业V01．14No．61991年I2胄SYNTHETICFIBER1NDUSTRYDeC．19911．◆◆◆◆夺夺●3讲座善●夺◆◆夺夺夺●超高分子量聚乙烯纤维第五讲UHMW-PE冻胶原丝的超拉伸杨年慈f中国纺织学化纤研究所上海)UHMW-PE冻胶原丝的超拉伸是制备高作用力增加，这是拉伸后纤维力学性能改善强、高模PE纤维的主要环节，其拉伸倍率比的原因所在，它可由不同拉仲比下所得以往于湿法纺丝一般高3O倍。对这种高倍UHMW-PE纤维的应力一应变曲线得到证拉伸，运用以往的技术和设备是无法适

2、应明(图1)。的。因此，提高拉伸效率(主要指有效拉伸和喂入速度的提高)与之相适应的设备是实现UHMW-PE纤维工业化生产的新课题。国内外学者和几家公司对此进行了深入的研究，使拉伸效率获得了极大的提高，其喂入速率由初期每分钟几厘米提高至1Om。提高拉伸效率主要是两个方面：a．提高拉伸的有效性和稳定性，即通过不太高的拉伸比获得高性能的UHMW-PE纤维和相对稳定的拉伸过程Jb．提高拉伸能力，印：以较高的喂入速度对冻胶原丝进行拉伸，以图1不同拉伸比下冻胶原丝的应捕足工业化生产的要求。本文主要对上述研力一应变曲线究成果

3、和各公司的措施予以介绍，并展开讨拉伸比tI一2．8{2-8·4j$-15．，4—3I．7论。蒎胶原丝经适当的拉伸，所得纤维的力1热拉伸对冻胶属丝形态和结构的影响学性能随拉伸比的提高而获得改善(表1)。1．1形态和力学性质由表1可见，纤维强度随拉伸比的提高开始P．Smith和P．J．Lemstra对以十氢萘为成比例地上升，在拉仲比为31．7时，强度达溶剂的UHMW-PE冻胶原丝超拉伸过程中的最大值3．04GPaJ纤维模量则随拉伸比的结构变化进行了深入研究“’。实验表明：经提高成正比例增大而纤维的断裂伸长在拉伸热拉

4、伸后冻胶丝的横截面随拉仲提高而减比为15之后稳定在6徭左右。少。与此同时，冻肢原丝中的孔隙率亦随之而1．2热性能减少“。冻胶原丝形态的变化使大分子链沿UHMW-PE冻胶原丝经热拉伸，在力拉伸方向伸展，大分子链之间相互靠拢，彼此学性能改善的同时，热性能也获得了提高合成纤维工业第14卷表1冻胶原丝的不同拉伸比与其力面积(△H)随之增大。以UHMW-PE结晶学性能的美系度为100叻的热熔为△H。=292．8J／g，可计算不同拉伸比下所得相应纤维的结晶度，从中可见其结晶度由52．5如上升至93．5如。(图2)。I~DS

5、C对UHMW-PE纤维熔点的测定可见，当拉伸比提高至31．7时，所得纤维熔点上升至145℃(冻胶原丝的熔点为134℃)}相对应的纤维熔融热则由260s／g上图3冻胶原丝在松弛状态下的熔融DSC曲线升至29OJ／g。拉伸比。1一lI2—6

6、3-I5I4—48I5-8D张紧状态下的DSC分析，将uHw锄．纤维拉紧地绕在铝框架上，所得DSC谱图(图图2不同拉伸比下冻胶原丝的熔融DSC曲线拉伸比·I-II2-I5．7I8—31．7J．Smook和J．Penning在此基础上，进一步展开了讨论”。将UHMW-PE纤维试样

7、在不同状态下(松弛和张紧状态)进行DSC分析，从中得到对结构变化颇有启迪的证明。由图3可见，UHMW-PE试样在松弛温度(_c)状态下随拉伸比的提高，熔融温度由134．8图4冻胶原丝在张紧状态下的熔融DSC曲线℃上升至142．8℃

8、而吸热由宽变窄，相应拉伸比·1-6I2-25I3-48I4-80第6期超高分子量聚乙烯纤维——uHMW·PE冻脏原丝的超拉仲494)与松弛状态下的DSC谱图有明显的差子链也呈折叠链结构。在适当的纺丝条件下异，从图4可见有几个吸热峰的出现。随着可获得折叠链片晶沿冻胶原丝轴相垂直方向拉仲

9、比的提高，第一峰的消失说明了UHMw的择优取向“’(即片晶的取向垂直于冻胶原—PE大分子由折叠链向伸直链转化，从而丝的轴向，它可由WAXD的赤道与子午方揭示出热拉仲引起大分子聚集态结构的变向衍射强度之比近似为0可见)。冻胶原丝化。的结晶度约为6O嘶，沿纤维轴向无取向。经1．3聚集态结构适当的热拉伸，其力学性能和聚集态结构发KoIIvr发现从稀溶液中结晶的UHMW—生一系列的变化(图5)。PE片晶内大分子链呈折叠链结构，UHlVIW—张安秋等人“把聚集态结构的变化和PE稀溶液经骤冷后得到的冻胶原丝中大分力学性能的

10、改善相互关联起来，寻找出在不拉忡比(倍)拉伸比(倍)(8)强度曲)培矗度D≮E■00拉忡比(倍)拉忡比(倍)(c)筷量(d)琅向度图5UHMW-PE纤维力学性能与拉伸比之闻关系d中血蟪1为晶医取向同拉仲阶段对其力学性能改善的主要结构变提高，在0-40的拉仲比内，是结晶度和取化因素，并建立了表征相互关系的定量方向度起主要作用，其后则归究于伸直链的作程。用I通过所得方程I^=17．2+14