原液着色UHMWPE纤维用炭黑色浆的制备工艺

探讨了不同种类炭黑、超分散剂的选择及用量对炭黑色浆分散稳定性的影响,优化了炭黑色浆的工艺配方,并对色浆的可纺性进行验证,分析了炭黑粒子在纤维中的粒径大小、分散状态和相容性。结果表明:以质量分数为10%的4#炭黑和质量分数为20%的超分散剂A所制备出的炭黑色浆具有良好的耐热贮存稳定性,颜料粒子尺寸可达到纳米级别,且与超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纺丝原液相容性好;该色浆适用于原液着色UHMWPE纤维的生产。

纤维材质对UHMWPE水润滑轴承复合材料摩擦学性能的影响

超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)在水润滑轴承领域具有巨大的发展潜力,然而单一的UHMWPE难以满足水润滑轴承的耐磨性需求,尤其是在低速重载工况下.通过纤维改性的方法可以提高其摩擦学性能,但是纤维材质的不同特性对于复合材料摩擦学性能的影响存在差异.通过热压模具分别制备剑麻纤维(Sisal fiber,SF)、碳纤维(Carbon fiber,CF)和聚酯纤维(Polyester fiber,PETF)与UHMWPE混合的定向纤维复合材料,并与纯UHMWPE做对照试验.利用R-tec往复摩擦试验机模拟不同载荷(5和10 N)和不同速度(20、40和60 mm/s)下铜球与不同复合材料的摩擦过程,通过邵氏硬度和极限抗弯强度试验对复合材料力学性能进行表征测试,采用接触角测试复合材料的浸润性,试验结束后用扫描电子显微镜观察表面磨损形貌.结果表明:纤维的力学性能,尤其是硬度和抗弯强度是影响定向纤维复合材料摩擦学性能的关键因素,所添加纤维在复合材料中强有力的支撑作用使摩擦学性能显著提高,纤维的耐磨性和浸润性是次要因素.试验工况下,CF/UHMWPE摩擦系数最低,且在低速重载(载荷10 N,速度20 mm/s)时的摩擦系数与纯UHMWPE相比降低了36.92%;添加耐磨性强的PETF纤维后,复合材料磨损体积与纯UHMWPE相比降低了30.56%.

耐热抗蠕变UHMWPE纤维的结构与性能研究

采用广角X射线衍射、小角X射线散射、透射电子显微镜以及固体核磁等手段对采用紫外交联技术制得的耐热抗蠕变超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维的结构与性能展开系统研究,结果表明耐热抗蠕变UHMWPE纤维兼具高交联、高结晶、高取向三大特性。对比未交联UHMWPE纤维,耐热抗蠕变UHMWPE纤维的晶态结构、熔点及热分解温度基本无变化,而热断裂温度和强度保持率有显著提高,蠕变伸长率大幅下降,表明通过紫外交联可高效提升纤维的耐热抗蠕变性能。

UHMWPE纤维增强防弹复合材料研究

UHMWPE纤维由于分子链上没有不饱和基团,对酸、碱和有机溶剂有很强的抗腐蚀性,耐光、热、老化性能优良,比强度和模量都很高,且能量吸收性和耐磨损性好,特别适合作为防护材料。文中UHMWPE纤维防弹复合材料,是由改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE纤维复合而成,针对其力学性能进行表征并根据实验结果优化组分配比及合成工艺,结果显示组分配比为EVA∶ST=15∶85、ABIN=0.5%和TAIC=2%时制备的树脂复合材料具有合适的拉伸、剥离强度,这一配比的树脂复合材料可以获得最佳的抗冲击能力。研究成果为改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE纤维复合材料用作防弹材料提供了实验基础和数据支撑。

无金属黑色素纳米酶用于肝纤维化治疗

以5,6-二羟基吲哚为单体,通过自由基聚合反应合成了无金属黑色素纳米酶(MeNPs),并探究了其治疗肝纤维化的作用.结果表明,MeNPs纳米酶为单分散球形结构,粒径为(91.3±2.6)nm,具有类超氧化物歧化酶(SOD)和类过氧化氢酶(CAT)活性,其催化活性遵循典型的Michaelis-Menten动力学,Michaelis-Menten常数(Km)和最大反应速度(V_(max))分别为1.01 mmol/L和8.49×10^(−6)mol/(L·s).细胞计数试剂盒(CCK-8)等体外细胞实验结果证实MeNPs对H_(2)O_(2)诱导的氧化应激具有细胞保护作用.经MeNPs纳米酶治疗的肝纤维化小鼠的炎症因子IL-6,TNF-α,IL-1β和趋化因子CXCL-1水平显著降低;肝脏损伤指标ALT,AST和肝组织H&E染色均显示MeNPs干预肝纤维化的良好疗效.本文研究结果对于构建安全、高效的自由基清除纳米酶具有一定的指导意义,也为肝纤维化的治疗提供了理论依据和物质基础.

表面具有交联结构的UHMWPE纤维的制备及抗蠕变性能研究

本工作通过湿法纺丝制备超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维,并结合水解缩合反应对UHMWPE纤维进行表面改性,研究了改性纤维化学结构、热稳定性以及微观形貌的变化,系统探究了改性纤维抗蠕变性能与结构之间的变化关系。结果表明:改性后,纤维表面形成明显交联结构,纤维结晶度下降,热稳定性变化不大,表面分子链运动能力下降。相比于未改性UHMWPE纤维样品,改性纤维抗蠕变性能提升超过50%。本工作集UHMWPE纺丝工艺与表面改性于一体,显著提高了UHMWPE纤维的抗蠕变性能,并通过两种测试方法进行了验证,这为制备高抗蠕变UHMWPE纤维材料提供了方法。

紫外交联UHMWPE纤维的耐热性能研究

超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维是已知比强度和比模量最高的纤维,但是其耐热性能较差,因而耐热改性是当前UHMWPE纤维的一个重要研究方向。对自制紫外交联UHMWPE纤维(CL)和2种线性市售UHMWPE纤维(A、B)的耐热性能进行了比较研究。在测定凝胶质量分数后,采用纤维强伸度仪、声速取向仪以及动态热机械分析仪等仪器,对CL及市售纤维的耐热性能进行了系统评价及讨论。CL的热断裂温度较市售纤维提高了近70℃,表明紫外交联改性后UHMWPE纤维的耐热性能有了显著提升。

UHMWPE纤维高强度绳索的研究

研究了纤维捻度、粘结剂对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维力学性能的影响及漫胶UHMWPE纤維表面的耐磨性能。UHMWPE纤维的断裂强力随着纤维捻度的增加而下降;纤维表面漫胶处理后断裂强力提高,当UHMWPE纤维中改性氯丁胶或聚氨酯粘结剂的含量为6％时,其断裂强力增加17.2％或13.9％。经聚氯酯粘结剂处理的UHMWPE纤维表面的耐磨性能最好。

UHMWPE纤维混凝土动态压缩力学性能研究

试验研究了一种捻制超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强的新型纤维混凝土动态压缩力学性能。研制了4种纤维体积掺量(0.3%、0.5%、0.7%、1.0%)的C70等级纤维混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆进行冲击压缩试验,研究了纤维混凝土在140~255 s^(-1)应变率下的动态压缩力学性能。试验结果表明:UHMWPE纤维混凝土抗压强度、峰值应变和弹性模量具有明显的应变率敏感性;纤维混凝土抗压强度应变率敏感性弱于素混凝土,但其弹性模量应变率敏感性强于素混凝土;动态强度增长因子与应变率对数呈线性关系,具体关系与纤维掺量相关。

超拉伸UHMWPE纤维的超分子结构变化

用WAXD、DSC、SAXS及拉曼光谱等测试手段,研究了拉伸过程中UHMWPE纤维的超分子结构变化。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,超分子结构逐渐变得紧密规整,其SAXS强度逐渐减弱;纤维结晶度及熔融峰温随拉伸倍数的增加而增大,并逐渐趋于平衡,高倍拉伸后纤维WAXD结晶度为67.5%,DSC结晶度为96.1%,熔点为155.4℃;纤维横向晶粒平均尺寸随拉伸倍数的增加而变小,并逐渐趋于平衡,而纤维轴向晶粒尺寸随拉伸倍数的增加而变大,高倍拉伸后纤维结晶长周期为50nm左右。

UHMWPE纤维复合材料防弹机理和性能

以立方体弹片作为冲击体,对UHMWPE纤维复合材料进行了大量的弹道冲击实验;基于实验结果和冲击波理论,研究了UHMWPE纤维复合材料受冲击时的表观破坏形态和微观损伤机理以及靶板面密度、冲击速度、冲击方式等因素对材料防弹性能的影响规律。

不同结构UHMWPE纤维纬编针织复合材料弯曲性能

以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维为原料,在电脑横机上编织出较理想的UHMWPE纤维纬平针、罗纹、畦编针织结构织物。采用VARTM工艺、(0°,90°)3s铺层方式成功制备了六层纬平针、六层罗纹以及六层畦编UHMWPE纤维纬编针织复合材料板。对三种复合材料板的弯曲性能及其影响因素进行研究,比较并分析其弯曲应力-挠度变化曲线和破坏形式。结果表明:三种UHMWPE纤维纬编针织结构增强复合材料的弯曲应力-挠度曲线具有非线性特征,曲线均类似于抛物线;其中,纬平针织结构复合材料的弯曲强度最大,罗纹次之,畦编最小;承受弯曲破坏的主要是树脂基体,没有出现增强体断裂、撕开等现象,表明由高强聚乙烯纤维制成的增强体材料具有较强的韧性与较高的强力。

UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用改性环氧树脂的制备及性能

用甲基丙烯酸改性环氧树脂E-51制备了UHMWPE纤维/碳纤维复合材料用基体树脂,主要研究了反应时间和催化剂用量对改性环氧树脂及复合材料性能的影响。结果表明,当甲基丙烯酸与环氧树脂摩尔比为1.1∶1.0、催化剂二乙基胺用量为0.35%(质量分数)、反应温度为110℃时,改性反应6h所得改性环氧树脂与UHMWPE纤维/碳纤维的复合材料的性能较好。用FTIR、DMA、SEM对改性环氧树脂及复合材料的结构和性能进行了表征,甲基丙烯酸改性环氧树脂对UHMWPE和碳纤维具有较好的粘接性。

UHMWPE纤维蠕变性能及其数学模型拟合

测试分析了超高相对分子质量聚乙烯 (UHMWPE)纤维的蠕变性能 ,研究了蠕变与温度、外加应力之间的关系。随环境温度的升高 ,纤维的恒蠕变速率增大 ,抗蠕变断裂时间变小 ,蠕变断裂伸长变大 ;随施加应力的增大 ,纤维的恒蠕变速率增大 ,抗蠕变断裂时间变小 ,蠕变断裂伸长变小。通过计算机编程拟合的蠕变曲线与实测蠕变曲线十分吻合 ,拟合出的材料相关参数与实际测量值相近。

UHMWPE纤维表面形貌及表面含氧量表征

本文用低温等离子、液态氧化、电晕、紫外接枝聚合等方法对UHMWPE纤维进行了表面处理 ,并用扫描电镜和XPS对纤维的表面形貌和含氧量作了表征。结果表明 ,经表面处理后UHMWPE纤维表面变得粗糙 ,表面积增大 ,表面含氧量增加。

PPy-UHMWPE纤维结构与性能的研究

针对目前超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与树脂界面黏结性能较差的问题,以三氯化铁为氧化剂,采用液相沉积聚合方法制备了聚吡咯-超高分子量聚乙烯(PPy-UHMWPE)复合纤维,然后将微滴直径在300～700μm的环氧树脂滴在纤维上,并对纤维/微滴试样进行拉出实验。结果表明,经吡咯沉积聚合后,PPy-UHMWPE纤维与环氧树脂的界面剪切强度有较大提高,约为未处理纤维与环氧树脂界面剪切强度的3倍。通过SEM、FT-IR、DSC、DMA研究处理前后纤维表面形貌和结构的变化,表明在PPy-UHMWPE复合纤维中,PPy与UHMWPE分子链间无化学键作用,PPy-UHMWPE纤维的熔融峰为单峰,且熔点略有下降。

UHMWPE纤维表面的液态氧化法处理研究

采用 4种氧化处理液对国产超高相对分子质量聚乙烯 (UHMWPE)纤维进行表面处理 ,利用FTIR表征纤维化学成分的变化 ,采用SEM、接触角、单丝拔出实验表征纤维表面性能的改变 ,单丝强力表征处理方法对纤维强度的影响。结果表明 :85℃的铬酸处理液能够很好地改善纤维的表面性能。

UHMWPE纤维纬编针织复合材料的制备工艺研究

以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维为原料,实现其在电脑横机上的编织,将6层纬平针织物、6层罗纹织物以及6层畦编织物分别通过真空辅助树脂传递模塑成型技术(VARTM)复合成复合材料板。VARTM工艺的最大优点是模具简单、成本低、模具抽真空形成负压使纤维与树脂分布更均匀。综合考虑UHMWPE纤维特点及VARTM工艺的工艺条件,实验用树脂为粘度低、浸润性好的环氧树脂;为使制备的复合材料均衡对称,采用(0°,90°)3s铺层方式;成功制备出了比较理想的纬平针、罗纹和畦编UHMWPE纤维纬编针织增强复合材料,为后续UHMWPE纤维纬编针织复合材料力学性能的研究及其拓展领域的应用奠定了一定的理论和实验基础。

UHMWPE纤维的低温等离子体/丙烯酰胺接枝改性

运用低温等离子体对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行处理后,浸润能力提高了3.75倍.继而在纤维表面接枝丙烯酰胺单体,得出接枝的最佳工艺是:在40℃的1.0mol/L的丙烯酰胺水溶液中加热1.5h.结果表明:处理后的纤维基本上维持高拉伸性能和整体形貌,在纤维长链表面引入了酰胺基极性基团,增大了纤维与其他基质材料之间的化学键合能力和咬合能力,提高了纤维的表面性能.

用于个体防刺服的UHMWPE纤维针刺毡的性能研究

对UHMWPE（超高分子量聚乙烯）纤维针刺毡单层样品的撕破强力、顶破强力和多层样品的抗刺穿能力进行了测试，结果表明：随着单层UHMWPE纤维针刺毡面密度的增加，试样的顶破强力增大；在20～55℃范围内，随着试样预处理温度升高，顶破强力和抗刺穿能力皆增强，但是试样的撕破强力则无这种变化趋势。