超拉伸UHMWPE纤维的结晶结构及其形成机理

采用冻胶纺丝-超拉伸技术纺制了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维。利用小角X光散射(SAXS)、广角X射线衍射(WAXD)及拉曼光谱等测试手段,研究了拉伸过程中UHMWPE纤维的结晶结构变化。结果表明:随拉伸的进行,纤维非晶区中分子链逐渐参与了结晶,纤维SAXS强度减弱,纤维结构变得紧密规整;纤维结晶长周期及结晶度随拉伸倍数的增加而增大,并趋于平衡,拉伸30倍后,纤维结晶长周期约为50 nm,结晶度约为67.5％;纤维横向晶粒平均尺寸随拉伸倍数的增加而变小,拉伸30倍后,趋于平衡,而纤维晶粒c轴方向的轴向晶粒尺寸随拉伸倍数的增加而变大。

拉伸条件对高强PVA纤维结构和性能的影响

将聚乙烯醇(PVA)加入到二甲基亚砜(DMSO)和水(质量比94:6)的混合溶剂中,以甲醇为凝固剂,采用干湿法凝胶纺丝,经热拉伸和热定型后,制得高强度PVA纤维。探讨了拉伸工艺对高强PVA纤维结构和性能的影响。结果表明:对于负拉伸为40%,初拉伸2倍,220℃热拉伸9.9倍,热定型2 min的PVA纤维,纤维的结晶结构比较完善,断裂强度为17.8 cN/dtex,初始模量为310.7 cN/dtex;PVA纤维在光学显微镜下观察到的横纹反映出结晶聚集体的光学现象,横纹较多时,纤维的断裂强度和初始模量较高。

聚乙烯凝胶丝在超拉伸过程中结构的变化

用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成的凝胶初生纤维在合适的条件下,进行高达192倍的拉伸。得到强度和模量分别为4.4 GPa和210 GPa的聚乙烯纤维。借助于广角X-射线衍射法(WAXD)、差示扫描量热法(DSC)等手段,对纤维在拉伸过程中的结晶度、取向度、晶胞参数、拉伸应力、残留溶剂含量及纤维强度、模量作了测试。据此,作者认为:UHMWPE纤维在热拉伸过程中,结构的发展和形成可以粗略地分为三个阶段:第一阶段,凝胶纤维中的溶剂被挤出,大分子发生取向;第二阶段,折叠链片晶开始被拉直,经过这个阶段,晶体密度上升约10％,熔点上升4～6℃;经第三个阶段后,晶体密度进一步上升10％,熔点再次上升3℃。

高性能形状记忆UHMWPE纤维的制备及性能研究

以超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)粉末为原料,通过凝胶纺丝-超倍拉伸制备2种UHMWPE纤维(1^(#)、2^(#)试样),对纤维的力学性能、熔点和结晶度、表观形貌、单程形状记忆效应和双程形状记忆效应进行了表征。结果表明:1^(#)、2^(#)试样的第三级热拉伸温度分别为138,120℃(其他工艺条件相同),2^(#)试样的综合性能优于1^(#)试样,2^(#)试样的的直径为42μm,熔点为143.0℃,结晶度为70.1%,断裂强度为7.81 cN/dtex,模量为65.32 cN/dtex;UHMWPE纤维具有优异的单程形状记忆效应和良好的双程形状记忆效应,1^(#)试样单程形状记忆效应的形状固定率(R_(f))和形状回复率(R_(r))分别为99.2%和83.1%、双程形状记忆效应的平均可逆应变为20.84%,2^(#)试样单程形状记忆效应的R_(f)和R_(r)分别为99.0%和99.3%、双程形状记忆效应的平均可逆应变为39.77%;超倍拉伸过程中第三级拉伸温度选择120℃较138℃更合适。