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超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是一种高强特种纤维,广泛应用于各种领域。目前国内外工业化制备UHMWPE纤维的方法主要为凝胶纺丝法(采用十氢萘、矿物油等溶剂),存在能源消耗大及环境问题,生产成本高。熔融纺丝工艺过程不需要溶剂、萃取剂,制备过程简化,生产流程缩短,生产过程无污染,符合绿色工艺的要求,可实现降低成本生产中高强UHMWPE纤维,拓展其在民用领域的应用范围。由于UHMWPE分子量极高、大分子链大量缠结,采用熔融纺丝法制备纤维时,初生丝的挤出畸变现象一直是制约UHMWPE熔纺工艺进一步发展的关键问题,这将导致初生丝无法实现后续的多级热牵伸,限制了纤维强度的提升。本研究通过开发UHMWPE/HDPE/Si02纺丝改性原料体系,提升原料的纺丝连续性,尝试解决初生丝挤出过程中的熔体破裂问题,并优化了熔融纺丝工艺,成功制备出具有良好力学性能的UHMWPE/HDPE/SiO2共混纤维,分析得出UHMWPE/HDPE/Si02共混体系的流变特性及畸变机理,对比分析了纺丝工艺对纳米共混纤维结构及力学性能的影响,揭示了纳米颗粒在共混初生丝和共混纤维的微观结构演变过程中所起到的关键作用。主要研究工作如下:1、分析比较了 UHMWPE,UHMWPE/HDPE 及 UHMWPE/HDPE/SiO2三种共混物在毛细管挤出流变行为、热力场作用下的牵伸连续性及结晶行为等方面的适用特性,获得适应于熔融纺丝工艺特点的共混改性原料体系。2、研究了 UHMWPE/HDPE/SiO2纳米共混体系的流变行为,分析了挤出过程中改性纳米颗粒对共混物畸变破裂现象的影响机理,以及纳米SiO2分散相和PE基体之间界面条件与共混物流变行为的重要关系,进一步探讨了不稳定流动的临界剪切速率和临界剪切应力起源。3、分析了纳米共混纤维的机械性能,阐述了纳米改性颗粒对初生丝内分子链在流动剪切作用下的取向作用的影响机理,揭示了初生丝在高倍热牵伸的热场及应力场过程中,晶体结构破坏、滑移、重组的演变过程,分析了纳米改性颗粒对初生丝和纤维微观结构的影响。4、比较了初生丝冷却方式、纺丝温度和热牵伸温度等纺丝工艺参数对纳米共混纤维结构及力学性能的影响,进一步揭示了纳米共混体系在熔融纺丝的初生丝冷却固化结晶阶段和热牵伸过程的结构形变阶段对纺丝工艺的响应机制,进一步优化熔融纺丝工艺。