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超高分子量聚乙烯纤维的表面改性及其应用研究

王结良  
【摘要】: 本文首先介绍了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的发展概况,对纤维的性能特点、表面改性、复合材料及应用等方面的研究现状进行了综述。在此基础上,从三个方面对UHMWPE纤维进行了系统的研究。 系统研究了多种处理液对UHMWPE纤维表面处理的效果。采用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、与乙二醇的接触角、自行设计的单丝拔出实验及单丝强力实验分别表征纤维表面官能团、微观性能、表面极性、浸润性能及强度的变化,对处理液类型进行筛选。在确立铬酸处理液后,对处理工艺进行优化,表明以85℃的铬酸处理液处理3分钟综合效果最佳。 以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸(AA)及丙烯酸羟乙酯(HEA)为单体,十二烷基硫酸钠(SLS)、OP-10和正辛醇的复合物为乳化剂合成了可用于UHMWPE纤维粘合涂层的水乳型聚丙烯酸酯(PMA)微乳液。采用DSC、TEM和FTIR分别对产品膜进行热性能、乳胶粒的直径和产品的化学结构进行表征。研究表明,当单体质量BA∶MMA∶AA∶HEA=50∶50∶3∶10、w(乳化剂质量)=13%、反应温度为80℃、反应时间为3h时,可以得到直径为30nm、玻璃化转变温度为-28℃的PMA乳液。同时,还对乳液的稳定性及产品膜的力学性能进行测试。 采用原始UHMWPE纤维与两种改性方法改性后的纤维制成绳索和复合材料。在制备绳索的过程中,考察了捻度对绳索强度的影响,对几种胶粘剂、胶粘剂的含量与绳索的性能之间的关系进行了研究,并就表面改性对纤维制品耐磨性能的影响进行了讨论,确立了较为合理的工艺。捻度以<5捻/10cm为宜,所选用的几种胶粘剂中以聚氨酯最佳,绳索制品中胶含量应控制在6%左右,改性氯丁橡胶和聚氨酯UHMWPE绳索的强度增大17.6%和13.9%。在复合材料的研究中,通过力学性能,考察了改性对 西北「_业大学硕卜论文摘要 UHMWPE增强复合材料力学性能的影响,在复合材料SEM照片的基础上, 简单分析了改性对复合材料微观性能的影响,最后对纤维复合材料的密度 进行测定。结果表明,UHMWPE纤维是一种性能优良的绳索和轻质复合 材料原料。


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