论文部分内容阅读
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是当今三大高性能纤维之一,由于其具有优异的力学性能,故被广泛应用于绳索、安全防护、高性能纺织品以及复合材料。但由于其存在易蠕变、耐热性差等缺点,限制了其在更广泛领域的应用。因此,研究超高分子量聚乙烯纤维的蠕变性能具有重要理论和实际意义。本论文采用添加碳纳米管(CNTs)的方法对UHMWPE纤维进行抗蠕变改性研究。采用H2SO4/KMnO4混合体系对CNTs进行纯化,并采用钛酸酯偶联剂对经纯化的CNTs进行了功能化处理;研究了CNTs在纺丝溶剂白油中的分散性能;之后,将经纯化和功能化的CNTs添加到UHMWPE/白油体系中,采用凝胶纺丝法制备了UHMWPE/CNTs复合纤维。利用FTIR、XRD、SEM、POM、TGA、Raman光谱以及力学性能测试等手段,研究了纯化及功能化对于CNTs结构的影响,同时研究了UHMWPE/CNTs复合纤维的结构和抗蠕变性能。研究结果表明,纯化和功能化处理后,CNTs轮廓更加清晰,团聚现象得到改善,CNTs与白油相容性提高,分散性得到改善;CNTs在UHMWPE/CNTs凝胶体系中具有成核剂作用,CNTs可使UHMWPE晶粒尺寸下降、热结晶温度升高,结晶速率略有提高;利用Raman光谱对UHMWPE/CNTs复合纤维中CNTs的取向结构研究结果表明,随着牵伸倍数的增大,CNTs逐渐沿纤维轴向排列;力学性能测试表明,CNTs最佳添加量为2wt%,此时UHMWPE/CNTs复合纤维与未添加CNTs的UHMWPE纤维相比,抗蠕变性能大大提高,断裂强度和杨氏模量分别为23.8cN/dtex和1031cN/dtex。此外,添加CNTs之后,UHMWPE/CNTs复合纤维的热稳定性能也得到一定程度提高。