超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维具有强度高、模量高、耐化学腐蚀等突出优点,主要应用于航空、航天、军事装备制造等尖端领域。但UHMWPE纤维表面光滑,与高分子材料粘合能力极差,无法满足在纤维增强复合材料中的使用要求。辐照方法可用于改善UHMWPE纤维表面惰性,提高与其它高分子材料的界面粘结性能。本论文从UHMWPE纤维的辐照效应研究出发,探索电离辐射过程对纤维自由基的产生和演变的影响规律,针对γ-射线和电子束两种辐射源,分别研究辐照处理对纤维结构和性能的影响,为利用辐照加工技术改性纤维提供理论依据。具体的研究结果概述如下:　　 (1)用电子自旋顺磁共振谱(ESR)研究了UHMWPE纤维经γ-射线辐照后产生的自由基及其演变过程。UHMWPE纤维经γ-射线辐照后,ESR谱呈现超精细分裂谱线,这是由于自由基陷落在微晶中,而纤维微晶的c-轴与纤轴方向平行所致。根据ESR谱分析,初级陷落自由基以烷基(-CH2-CH-CH2-)自由基为主。在真空下储存时,部分烷基自由基转变为烯丙基自由基(-CH-CH=CH-)和聚烯基自由基(-CH2-CH-(CH=CH)n-CH2-)。在空气下储存时,烷基自由基迁移到微晶表面与氧反应。研究发现,UHMWPE纤维中烷基自由基的衰退速率非常慢,在真空中半衰期约为26天,在空气中约为13天,分别是相同条件下高密度聚乙烯中烷基自由基半衰期的30倍和100倍。自由基寿命大幅增加可能与UHMWPE纤维中的微晶较大有关,因为微晶尺寸增大致使陷落自由基从其内部迁移到表面的时间延长。　　 (2)研究了γ-射线辐照对UHMWPE纤维结构和力学性能的影响。采用凝胶含量测试(gel)、傅立叶红外光谱(FTIR)、X射线近边吸收结构(XANES)、X射线衍射(XRD)、差式扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)和拉伸实验等方法进行表征。结果表明,在真空中较低剂量范围(<30kGy)内,辐照引发UHMWPE纤维无定型区分子链发生交联,纤维断裂伸长率增加,拉伸强度小幅度下降；在空气中经γ-射线辐照后,UHMWPE纤维表层生成微量羰基,纤维的分子量减小,结晶度增大,拉伸强度降低。辐照后,储存于空气中的UHMWPE纤维因残余自由基与氧气不断反应导致分子链降解,纤维的力学性能持续下降。　　 (3)研究了电子束辐照对UHMWPE纤维结构和力学性能的影响。采用凝胶含量测试、FTIR、XRD、DSC、SEM和拉伸实验等方法进行表征。结果表明,在真空中较低剂量范围(<30kGy)内,辐照引发UHMWPE纤维表面无定型区分子链产生交联,纤维表面的粗糙度增大,纤维断裂伸长率增加,拉伸强度小幅度下降；在空气中经电子束辐照后,UHMWPE纤维表层也产生微量羰基,分子量减小,结晶度增大,拉伸强度降低。与γ-射线辐照相比,电子束辐照剂量率高,辐照时间短,产生的陷落自由基在短时间内来不及迁移到微晶表面,表现为自由基的衰退速率降低。