不同浓度超高分子量聚乙烯冻胶纤维的萃取干燥工艺研究

论文摘要

本论文以二甲苯为萃取剂对不同浓度的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）冻胶纤维的萃取与干燥工艺进行了研究,探索了UHMWPE纤维冻胶浓度的变化对成品丝性能的影响。对冻胶浓度分别为8.5%-9.0%的纤维在不同温度（30℃-75℃）下进行萃取,采取松弛和张紧干燥方式进行干燥,并对纤维进行了室温拉伸;对浓度为10%-12%的冻胶纤维进行了同等条件的萃取干燥,对成品丝纤维的性能进行了比较。运用Instron1122材料万能试验机、扫描电子显微镜（SEM）对纤维力学性能、形态结构进行研究;采用了X-ray衍射（WAXD）、差式扫描量热仪（DSC）等手段对纤维的结晶度、熔融等性能进行了表征与测试。实验结果表明:从除油工艺角度考虑,萃取温度应该选定在50℃以上;在同一萃取温度下,张紧干燥热力学性能优于松弛干燥;在相同萃取干燥条件下,随着冻胶浓度的升高,纤维的最大拉伸倍数和强度逐渐降低;萃取温度为60℃时,纤维的拉伸性能呈现最佳值;当冻胶浓度较高时,随着冻胶浓度的逐渐提高,冻胶纤维的除油率逐渐下降,结晶度逐渐增大,最大拉伸倍数逐渐降低;由冻胶纤维的SEM照片观察看出,随着冻胶浓度的提高,纤维网络结构中的孔洞变小变密集。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维概述
• 1.1.1 UHMWPE 简介
• 1.1.2 UHMWPE 纤维高强化原理
• 1.2 UHMWPE 的生产方法
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 冻胶纺丝法
• 1.2.2.1 冻胶纺丝机理
• 1.2.2.2 冻胶纺丝工艺
• 1.3 UHMWPE 冻胶纺丝工艺
• 1.3.1 原料及溶剂的选择
• 1.3.2 UHMWPE 的溶胀与溶解
• 1.3.3 冻胶纺丝液浓度的调整
• 1.3.4 冻胶丝条的形成
• 1.3.5 冻胶原丝的萃取和干燥
• 1.3.5.1 冻胶原丝的萃取
• 1.3.5.2 冻胶原丝的干燥
• 1.3.6 冻胶原丝的超倍热拉伸
• 1.4 国内外UHMWPE 的开发应用进展
• 1.4.1 国外开发应用进展
• 1.4.2 国内开发应用进展
• 1.5 UHMWPE 纤维的性能及用途
• 1.5.1 UHMWPE 纤维的性能
• 1.5.1.1 优良的物理力学性能
• 1.5.1.2 优越的耐化学介质性和环境稳定性
• 1.5.1.3 优异的耐冲击性和防弹性
• 1.5.1.4 其他性能
• 1.5.2 UHMWPE 纤维的应用
• 1.5.2.1 绳索、缆绳方面的应用
• 1.5.2.2 军用上
• 1.5.2.3 航空航天方面的应用
• 1.5.2.4 体育器材用品
• 1.5.2.5 用作生物材料
• 1.5.2.6 其他应用
• 1.6 本论文的主要研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 冻胶原丝的生产工艺
• 2.1.1 低浓度冻胶丝的生产工艺
• 2.1.2 高浓度冻胶丝的制备工艺
• 2.2 冻胶原丝的萃取实验
• 2.2.1 低浓度冻胶原丝的萃取实验
• 2.2.2 高浓度冻胶原丝的萃取实验
• 2.2.3 冻胶纤维原丝含油率（C0）的测定
• 2.3 冻胶原丝的干燥实验
• 2.3.1 鼓风松弛干燥
• 2.3.2 鼓风张紧干燥
• 2.4 冻胶原丝的拉伸实验
• 2.4.1 拉伸生产工艺
• 2.4.2 不同浓度冻胶原丝的拉伸
• 2.4.2.1 纤维的最大拉伸倍数
• 2.4.2.2 纤维的强度
• 2.5 结构性能测试分析
• 2.5.1 纤维形态结构的研究
• 2.5.1.1 扫描电子显微镜观察纤维的形态结构
• 2.5.1.2 光学显微镜观察纤维的形态结构
• 2.5.2 热性能实验
• 2.5.3 结晶性能研究
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 萃取工艺对不同浓度UHMWPE 冻胶原丝结构与性能的影响
• 3.1.1 同一浓度不同萃取温度
• 3.1.2 萃取处理前后纤维性能的变化
• 3.1.3 萃取温度对冻胶丝热性能的影响
• 3.2 干燥工艺对不同浓度UHMWPE 冻胶原丝结构与性能的影响
• 3.2.1 不同干燥方式的比较
• 3.2.2 拉伸同样倍数后纤维性能的比较
• 3.3 拉伸试验
• 3.3.1 萃取试验对冻胶丝室温拉伸性能的影响
• 3.3.1.1 冻胶丝浓度对纤维拉伸性能的影响
• 3.3.1.2 萃取温度对纤维拉伸性能的影响
• 3.3.2 不同冻胶浓度时纤维强度的变化
• 3.3.2.1 冻胶浓度对纤维强度的影响
• 3.3.2.2 萃取温度对纤维强度的影响
• 3.4 测试分析
• 3.4.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.4.1.1 未萃取的不同浓度冻胶原丝的形态结构
• 3.4.1.2 不同浓度不同萃取温度下纤维的形态结构
• 3.4.1.3 不同干燥方式后冻胶纤维形态结构的变化
• 3.4.2 DSC 分析
• 3.4.2.1 拉伸前后纤维性能的比较
• 3.4.2.2 不同浓度冻胶纤维拉伸后性能比较
• 3.4.2.3 张紧萃取和松弛萃取的比较
• 3.4.2.4 张紧干燥和松弛干燥的比较
• 3.4.3 WAXD 分析
• 3.4.3.1 松弛萃取和张紧萃取
• 3.4.3.2 松弛干燥和张紧干燥
• 3.5 高浓度冻胶原丝的萃取实验
• 3.5.1 冻胶浓度对纤维性能的影响
• 3.5.1.1 萃取丝性能测试
• 3.5.1.2 成品丝性能测试
• 3.5.2 测试分析
• 3.5.2.1 电镜实验
• 3.5.2.1.1 不同浓度纤维的电镜照片
• 3.5.2.1.2 两种浓度成品丝的电镜照片
• 3.5.2.2 X-Ray 实验
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表学术论文
• 致谢