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超高相对分子质量聚乙烯/碳纳米管复合纤维的结构与性能研究

梁琳俐  
【摘要】:超高相对分子质量聚乙烯纤维是90年代初出现的一种高科技高性能纤维,与碳纤维和芳纶一同被称为当今世界三大高科技高分子纤维。该纤维由于分子量极高,结晶度很高,为伸直链结构,取向度也很高,其比强度、比模量是当今世界上所有纤维之最,而且密度小,耐紫外线,耐腐蚀等稳定的化学性能及突出的抗冲击、抗切割韧性等优异性能,是制作软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、雷达罩、运钞车防弹装甲、直升机防弹装甲、舰艇及远洋船舶缆绳、轻质高压容器、航天航空结构件、深海抗风浪网箱、渔网、赛艇、帆船、滑雪撬等的理想材料。但UHMWPE在加工过程中存在流动性差,熔融状态下粘度极高,加工难度大,生产效率低,成本高;成品纤维耐热性差;应力作用下容易蠕变等弱点,大大限制了应用范围。 碳纳米管是继C60之后碳家族中出现的又一新成员。其独特的结构、奇异的性能和潜在的应用价值,引起了科学家们极大的兴趣,10年多来一直是世界科学研究的热点之一。碳纳米管是由类似石墨结构的六边形网格卷曲成的、同轴中空“微管”,两端的“碳帽”由五边形或七边形网格参与封闭,根据石墨片层数的不同,碳纳米管 摘要 可分为单壁管(SWNT)和多壁管(MWNT)两种。由于碳纳米管的径 向尺寸很小,管的直径一般在几纳米到几十纳米,而碳纳米管的长度 一般在几微米到几毫米,因此,碳纳米管被认为是一种典型的一维纳 米材料。从理论上说,碳纳米管是高分子量复合材料理想的功能和 增强材料,其超强的力学性能可以极大地改善聚合物基复合材料的 强度和模量。 碳纳米管/聚合物纳米复合材料在航天航空、纺织、绳索、汽车 等领域具有广泛的应用前景。近年来,碳纳米管/聚合物纳米复合材 料的研究引起了人们越来越广泛的关注。 本论文研究了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)/碳纳米 管复合纤维的结构与性能。为了改善碳纳米管在UHMWPE基体中 的分散性和界面粘结力,实现应力的转移从而达到增强的目的,对 碳纳米管进行了纯化和功能化处理,然后对处理后的碳纳米管和制 备的Ul卫链WPE/碳纳米管复合纤维进行了一系列的表征与分析,结果 表明: 1.TEM、SEM、TGA和FTIR对纯化处理后多壁碳纳米管的测试 结果表明,用KMnO4十HZSO;对碳纳米管进行的氧化处理是一 种有效的纯化方法,可以除去碳纳米管生产过程所用催化剂及 产生的一些无定形碳、碳纤维等杂质,同时又能在碳纳米管上 形成有机官能团,为碳纳米管进一步功能化提供了条件。 2.由UHMWpE和UHMWpE/CNTs凝胶体系的流变结果表明:加


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