熔体纺丝法制备UHMWPE纤维及其单丝滤布的性能研究

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超高分子量聚乙烯纤维由于超高的分子量、高缠结度的分子链,以及经过高倍率拉伸产生具有高取向度、高结晶度的伸直链结构,具有极佳的力学性能、化学稳定性、耐磨、低表面性能,是作为高性能滤布的理想材料,这是其它纤维无法比拟的。本课题选用中等分子量MP、小分子物质LP为改性剂,采用熔体纺丝法制备UHMWPE纤维,将制备的纤维织造成2/2斜纹组织单丝滤布。本课题研究了改性剂对UHMWPE原料的改性机理;探究超倍率拉伸的工艺参数(拉伸温度、拉伸倍率、停留时间)对UHMWPE纤维性能的影响,为下一步工厂大规模生产制备UHMWPE滤用纤维提供经验参考;探究热定型工艺参数(定型温度、定型时间、定型张力)对UHMWPE单丝滤布的机械性能、透气性能、尺寸稳定性、鼓泡孔径等性能的影响,建立滤布性能与热定型工艺各因子之间的经验关系;筛选出最佳热定型工艺条件。通过分析,改性剂MP、LP协同改变UHMWPE的流动性和可纺性,LP分子链使UHMWPE晶区片晶解缠,而MP则是降低非晶区的大分子链间的缠结点密度。但添加量达到20份时,会造成纤维的性能下降。在适宜的油浴温度、拉伸倍率、停留时间等条件下,纤维大分子链会沿应力方向的取向,其力学性能会得到极大提高。但长时间在过高的温度会使大分子链热解、产生无效滑移,过高的拉伸倍率使纤维结构的缺陷度增大,一级拉伸最佳温度约为90°℃、最佳倍率约为25倍。在合适的定型温度、时间、经向张力条件下,UHMWPE滤布纤维内的结晶度、结晶完整性会得到提高,滤布的结构变得更加的规整、致密、稳定,孔径也更加均匀。而长时间高温下的定型会使滤布纤维分子链热解、重结晶,加速了滤布的老化,致使滤布的缺陷增大、性能下降。UHMWPE单丝滤布的最佳热定型温度约为100℃,定型时间约为90s,经向张力约为100KN。熔体纺丝法制备出的UHMWPE纤维,完全能满足制作单丝滤布的要求。
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