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超高分子量聚乙烯纤维电子束辐照改性研究

杨宇平  
【摘要】: 超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维具有高模、高强的特性,其他机械性能亦比较突出,故UHMWPE纤维在各个领域尤其在军事防护领域得到日益广泛的应用。但是,UHMWPE纤维存在表面惰性,与其他材料的粘合能力差的缺点。 本课题研究UHMWPE纤维的电子束辐照效应,运用电子强力机、扫描电镜(SEM)、全反射红外(ATR—IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、电子顺磁共振仪(EPR)、X射线衍射仪(XRD)、接触角和交联度测定等方法对UHMWPE纤维在电子束辐照作用下的主要结构与性能变化规律进行了表征和分析,在此基础上对运用电子束辐照技术进行UHMWPE纤维的表面接枝改性进行了探讨。 研究表明,UHMWPE纤维经电子束辐照处理后,纤维的拉伸断裂强度随剂量率的增加呈下降趋势,凝胶含量随着剂量率的变化存在极值。纤维表面出现了不规则的微裂纹和凹痕,随着剂量的增大,电子束对纤维表面的刻蚀程度增加,在本研究中以剂量为400 kGy剂量率为8.5 kGy/s时刻蚀效应最为明显。同时,在空气中进行辐照时,纤维表面被引入了一些含氧基团,包括羟基、羰基和羧基。通过接触角测试,考察了电子束辐照UHMWPE纤维后表面极性变化的规律,即在剂量率保持不变的情况下随着剂量的增大,接触角逐渐减小,说明电子束辐照对UHMWPE纤维明显起到了表面改性的作用。另外,EPR测试显示,纤维受辐照后出现了自由基,其含量受辐照剂量与剂量率的影响,同时随辐照后放置时间的延长而衰减。 电子束辐照产生的极性含氧基团和自由基为UHMWPE纤维的表面接枝改性奠定了基础。本文分别采取预辐照和共辐照接枝方法进行了纤维辐照接枝丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯的研究,并运用测算接枝率、SEM、红外光谱以及纤维浸润性测试等方法对接枝效果进行了表征,并据此分析了影响表面接枝效果的主要因素。实验结果表明,丙烯酸和丙烯酰胺接枝效果明显,而且共辐照接枝率远高于预辐照接枝率。通过扫描电镜可以准确直观地观察到 天津工业大学硕士学位论文 UHMWPE纤维表面接枝效果。通过对接枝UHMWPE织物的红外光谱分析,发 现其表面引入了许多新的极性基团。最后运用了纤维动态浸润性分析了接枝后的 效果,得到所测浸润稳定时间与接枝率成抛物线关系,而且接枝样品的浸润稳定 时间都比未处理样品的浸润稳定时间小些,这说明了共辐照接枝的方法可以有效 地改善UHMWPE纤维表面惰性,达到UHMWPE纤维表面改性的目的。


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