后纺工艺对不同冻胶浓度UHMWPE纤维结构性能的影响

论文摘要

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维具有卓越的性能,被广泛应用在工业及一些特殊领域。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。对冻胶浓度为10%-12%的纤维在不同条件下进行萃取干燥,并对纤维进行了室温拉伸。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射线衍射（WAXD）、差式扫描量热仪（DSC）等手段对纤维的结晶、熔融等性能进行了表征与测试。实验结果表明:超声波萃取有利于提高萃取效率。从除油工艺角度考虑,萃取温度应该选定在50℃以上;在同一萃取温度下的纤维中,张紧干燥后纤维热力学性能优于松弛干燥;干燥温度为30℃时最大拉伸倍数达到一峰值;随着二甲苯含量降低,最大拉伸倍数减小;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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第1章 文献综述
• 1.1 超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）简介
• 1.1.1 UHMWPE 纤维的优异性能
• 1.1.1.1 优良的力学性能
• 1.1.1.2 优良的耐冲击性能
• 1.1.1.3 优良的耐磨性能
• 1.1.1.4 良好的电绝缘和耐光性能
• 1.1.2 UHMWPE 纤维的缺点
• 1.1.2.1 界面的粘结性能
• 1.1.2.2 耐热性能
• 1.1.3 UHMWPE 纤维的应用
• 1.1.3.1 绳索、缆绳方面的应用
• 1.1.3.2 军事方面的应用
• 1.1.3.3 航空航天方面的应用
• 1.1.3.4 体育器材方面的应用
• 1.1.3.5 生物材料的应用
• 1.1.3.6 其它应用
• 1.2 UHMWPE 纤维的生产方法
• 1.2.1 熔融纺丝法
• 1.2.2 固态挤出法
• 1.2.3 超拉伸或局部拉伸法
• 1.2.4 表面结晶生长法
• 1.2.5 冻胶纺丝法
• 1.3 UHMWPE 纤维的冻胶纺丝工艺
• 1.3.1 UHMWPE 纤维冻胶纺丝超倍拉伸步骤
• 1.3.1.1 UHMWPE 的溶解
• 1.3.1.2 UHMWPE 纤维的制备
• 1.3.1.3 UHMWPE 纤维的萃取过程
• 1.3.1.4 UHMWPE 纤维的干燥过程
• 1.3.1.5 UHMWPE 纤维的超倍拉伸过程
• 1.4 UHMWPE 纤维的性能测试
• 1.4.1 力学性能测试
• 1.4.2 偏光显微镜
• 1.4.3 电子显微镜（SEM/TEM）
• 1.4.4 差示扫描量热法（DSC）
• 1.4.5 广角X 射线衍射法（WAXD）
• 1.4.6 小角X 射线散射法（SAXS）
• 1.4.7 红外光谱法（FT-IR）
• 1.5 UHMWPE 纤维的国内外发展状况
• 1.5.1 UHMWPE 纤维国外发展简介
• 1.5.2 UHMWPE 纤维国内研究开发状况
• 第2章 UHMWPE 冻胶纤维的萃取
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 UHMWPE 冻胶纤维的萃取实验
• 2.1.2 冻胶纤维原丝含油率（C0）的测定
• 2.1.3 冻胶纤维原丝除油率（Cr）的测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 萃取方式对UHMWPE 冻胶纤维最佳萃取时间的影响
• 2.2.2 不同浓度UHMWPE 冻胶纤维的萃取
• 2.2.2.1 不同浓度UHMWPE 冻胶纤维萃取时间的确定
• 2.2.2.2 不同浓度UHMWPE 冻胶纤维萃取温度的确定
• 2.2.2.3 不同浓度UHMWPE 冻胶纤维萃取浴比的确定
• 2.2.2.4 不同浓度UHMWPE 冻胶纤维萃取功率的确定
• 2.3 结论
• 第3章 UHMWPE 冻胶纤维的干燥
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 UHMWPE 冻胶纤维的干燥实验
• 3.1.2 最大拉伸倍数
• 3.1.3 热性能实验
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 UHMWPE 冻胶纤维的干燥实验
• 3.2.1.1 干燥方式对不同浓度UHMWPE 冻胶原丝结构与性能的影响
• 3.2.1.2 最佳干燥温度的确定
• 3.2.1.3 最佳干燥时间的确定
• 3.3 结论
• 第4章 UHMWPE 冻胶纤维的超倍拉伸工艺研究
• 4.1 实验部分
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 冻胶浓度对拉伸性能的影响
• 4.2.2 萃取干燥对UHMWPE 冻胶纤维拉伸性能的影响
• 4.2.2.1 UHMWPE 冻胶纤维萃取除油率对其拉伸性能的影响
• 4.2.2.2 萃取时间对最大拉伸倍数的影响
• 4.2.2.3 萃取温度对最大拉伸倍数的影响
• 4.2.2.4 萃取浴比对最大拉伸倍数的影响
• 4.2.2.5 萃取功率对最大拉伸倍数的影响
• 4.2.3 拉伸速率对UHMWPE 冻胶纤维拉伸性能的影响
• 4.3 结论
• 第5章 UHMWPE 冻胶纤维的结构性能
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 扫描电子显微镜观察纤维的形态结构
• 5.1.2 纤维强度测试
• 5.1.3 广角X 射线衍射（WAXD）法测试纤维的结晶性能
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 扫描电子显微镜（SEM）测试纤维的形态
• 5.2.1.1 不同萃取温度的纤维纵面结构
• 5.2.1.2 不同拉伸温度的纤维纵面结构
• 5.2.1.3 不同拉伸速率的纤维纵面结构
• 5.2.2 纤维强度测试
• 5.2.2.1 不同冻胶浓度的纤维强度
• 5.2.2.2 不同萃取温度的纤维强度
• 5.2.2.3 不同拉伸倍数的纤维强度
• 5.2.3 广角X 射线衍射（WAXD）法测试纤维的结晶性能
• 5.2.3.1 萃取温度与结晶度的关系
• 5.2.3.2 萃取时间与结晶度的关系
• 5.2.3.3 拉伸温度与结晶度的关系
• 5.2.3.4 拉伸倍数与结晶度的关系
• 5.3 结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表学术论文
• 致谢