聚乙烯纤维在混凝土中的应用研究进展

综述了超高相对分子质量聚乙烯纤维及其他聚乙烯纤维对混凝土性能的影响,以及在混凝土开发中的应用研究进展。聚乙烯纤维的桥接作用可阻止混凝土裂纹的产生及扩展,提高混凝土的力学性能和耐腐蚀性能,一方面为聚乙烯纤维在建筑领域的应用提供了可能,另一方面也为超高性能混凝土的开发提供了机遇。应加强聚乙烯纤维增强混凝土的系列化、标准化研究,尽快实现工业化。

闪蒸纺UHMWPE/HDPE共混纤维的制备及性能研究

为提高闪蒸纺纤维束的力学强度,将力学性能更为优异的超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)与高密度聚乙烯(HDPE)共混,通过闪蒸纺丝方法制备UHMWPE/HDPE共混纤维束,采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、X射线衍射仪和万能试验机等探究UHMWPE的引入对共混纤维束形貌、熔融结晶行为、聚集态结构和力学性能的影响。结果表明:闪蒸纺丝制备HDPE/UHMWPE共混纤维束时,随着纺丝液中UHMWPE质量分数由1%增至5%,溶液黏度增大,共混纤维束单丝直径逐渐增大,当UHMWPE质量分数为7%时,纺丝液会因黏度过大而无法纺丝;随着UHMWPE含量的增加,HDPE/UHMWPE共混纤维束的结晶度和取向度降低,力学性能增大,当纺丝液中UHMWPE质量分数为5%时,共混纤维束结晶度和取向因子分别为74.2%和0.46,拉伸强度为118.9 MPa,较纯HDPE纤维束提高了84.9%。

纤维级超高相对分子质量聚乙烯树脂开发

在中国石油辽阳石化公司8万t/a Hoechst淤浆法高密度聚乙烯装置上,采用自主研发的LHPEC-3催化剂,开发出纤维级超高相对分子质量聚乙烯树脂(UHMWPE,牌号为FIUH 4000)。结果表明:在小试聚合评价实验中,催化剂LHPEC-3的活性为3.2×10^(4)g/g,制备的UHMWPE树脂黏均相对分子质量在350×10^(4)g/mol以上;在中试聚合试验中,催化剂LHPEC-3的活性为3.6×10^(4)g/g,产品FIUH 4000黏均相对分子质量在400×10^(4)g/mol以上,堆密度达到0.43 g/cm^(3),力学性能良好;在工业化试生产中,产品FIUH 4000颗粒分布在110~300μm,分布指数为0.836,适用于纺丝加工应用。

纺丝溶液浓度对UHMWPE冻胶纤维萃取及拉伸性能的影响

通过冻胶纺丝法制备了纺丝溶液质量分数为8%～16%的超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)冻胶纤维。研究了不同浓度冻胶纤维的相分离、萃取动力学、结晶性能、热性能和拉伸性能。结果表明:冻胶纤维成形之后的相分离过程开始60 min内较为剧烈,在约2 000 min达到相分离平衡;冻胶纤维的萃取除油率随浴比的增大或萃取时间的延长而增大,最佳萃取浴比和萃取时间为10 mL/g和2 min;纤维的熔融温度和结晶度均随UHMWPE浓度的增加而增加,萃取干燥纤维的熔点和结晶度均高于其冻胶纤维;萃取干燥及拉伸后纤维的力学性能均随纺丝溶液浓度的增加而降低;随冻胶纤维内溶剂的去除及三级拉伸的进行,纤维结晶度增大而晶粒尺寸变小。

电晕处理对UHMWPE纤维的性能影响

采用电晕连续处理超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维,通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)以及拉伸性能测试分析不同处理工艺对纤维性能的影响。结果表明:经过电晕处理后,纤维表面变得粗糙。处理功率为375 W,处理时间为180 s时,纤维红外光谱出现羰基、羟基伸缩振动峰,随着电晕处理时间和功率的增加,峰的强度基本保持不变;电晕处理降低了纤维的力学性能,处理功率为375 W时,随着处理时间的延长,纤维拉伸强度和断裂伸长均下降,处理时间为180 s时断裂强度下降了20%;处理时间为180 s,功率为525 W时,断裂强度为处理前的32%;电晕处理后,纤维与SEBS树脂的粘结强力均提高了67%。

UHMWPE纤维拉伸蠕变性能的测试方法

以线密度1 776 dtex超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维为例,采用电子式拉力机测试纤维的拉伸蠕变性能,探讨了操作条件对测试结果的影响。结果表明:UHMWPE纤维的预伸长率和蠕变伸长率随蠕变载荷、蠕变时间和拉伸速度的增大而增大,随纤维测试长度的增大而减小,其中,拉伸速度对纤维的蠕变性能测试有很大影响;建议对GB/T 19975—2005进行修改,对其中的拉伸速度、夹持长度进行限制。

超拉伸过程中UHMWPE纤维结构与性能的研究

利用密度梯度仪、声速取向仪、Instron材料强力仪、WAXD、DSC等手段 ,对超高相对分子质量聚乙烯 (UHMWPE)纤维在超拉伸过程中的结构和性能进行了测试研究。结果表明 ,不同拉伸倍数的UHMWPE纤维的结晶度、取向度、力学性能和熔融温度随着拉伸倍数的增大而增加 ;DSC图谱上的 Tm4 峰和WAXD分析证实了在超拉伸过程中UHMWPE纤维发生了正交晶相向六方晶相的转变 ,超拉伸后期结晶结构的变化对纤维的力学性能影响很大。

超高相对分子质量聚乙烯的性能与纺丝研究

研究了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)的性能,采用冻胶纺丝-超倍拉伸技术,对不同UHMWPE进行纺丝,制得UHMEPW纤维;通过扫描电镜、广角X射线衍射、声速法、强力仪,对UHMWPE纤维的结构与性能进行研究。结果表明:不同UHMWPE的相对分子质量、粒径分布等物理性能对其的溶胀溶解、以及纺制纤维的性能有较大影响;UHMWPE的粒径分布宽度小,溶胀比大,所得纤维的性能较好;UHMWPE纤维用原料具有如下特征:特性粘数为20～26 dL/g,平均粒径为166～185μm,粒度分布宽度小于1.1,堆积密度0.41～0.45 g/cm^3,屈服强度大于20 MPa,拉伸强度大于29 MPa,弹性模量大于700 MPa,断裂伸长率大于32%。

基于均匀设计的UHMWPE纤维拉伸蠕变性能的测试方法

以1 555 dtex超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维为例,采用均匀设计探讨了UHMWPE纤维蠕变性能测试方法,通过DPS分析软件对其结果进行多项式回归分析。结果表明:拉伸蠕变性能测试结果的回归模型相关系数为0.996 8,由模型得到的测试参数优化值分别为蠕变载荷210 N(纤维断裂载荷的50%),拉伸速度为197.670 5 mm/min,蠕变时间为70.917 2 min,测试长度为200.481 9 mm,蠕变伸长率为7.301 5%;在蠕变载荷为纤维断裂截荷的50%,拉伸速度为200 mm/min,蠕变时间为70 min,纤维测试长度为200 mm的实测条件下,测得纤维的蠕变伸长率为7.012%,与模型预测值有较好的对应,回归模型有较好的拟合性和稳定性。

高性能纤维染色改性的研究进展

简述了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维、芳纶以及聚苯硫醚(PPS)纤维的结构、基本性能;综述了近几年来国内外对这3种高性能纤维染色改性的研究进展;可通过等离子体处理、接枝处理、预处理、染料和载体的选择、染色工艺的改进等来提高高性能纤维可染性能;指出提高高性能纤维的上染牢度及改性处理后染色纤维的强度仍是以后需要解决的问题,以进一步拓宽高性能纤维的应用领域。

硅烷偶联剂表面改性UHMWPE纤维的工艺优化

以硅烷偶联剂KH-550在不同条件下处理超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维,采用正交实验方法,以硅烷偶联剂KH-550的浓度(A)、处理温度(B)、处理时间(C)为因素,以UHMWPE纤维的断裂强力、界面剪切强度(τ)为实验指标,研究了硅烷偶联剂KH-550处理UHMWPE纤维的最佳工艺条件。结果表明:UHMWPE纤维断裂强力的影响因素主次顺序为A,B,C,τ的影响因素主次顺序为B,A,C;硅烷偶联剂KH-550处理UHMWPE纤维的最优工艺为硅烷偶联剂KH-550质量分数17.5%,处理温度55℃,处理时间7 h,在此条件下得到的UHMWPE纤维的断裂强力为41.15 cN,断裂强力损失率为2.44%,τ为1.359MPa,τ的增加率为35.22%。

紫外辐射接枝改性UHMWPE纤维表面的研究

采用紫外辐射接枝方法对超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面进行改性。探讨了单体种类及浓度、引发剂、抗氧剂、接枝方法等对UHMWPE纤维表面处理效果的影响,测试了以其作为增强材料的复合材料的层间剪切强度。结果表明:在有氧开放体系下,气相接枝效果好于液相接枝;丙烯酰胺单体的接枝效果优于其它单体;接枝率随接枝单体浓度和接枝时间的增加而增加。采用丙烯酰胺为接枝单体,在光强度为86μW/cm^2条件下,对UHMWPE纤维进行紫外辐射接枝改性,按照一定铺层方式制备的环氧基复合材料的层间剪切强度从未处理的14.59MPa提高到17.36MPa。

凝胶排阻色谱法测定中空纤维超滤膜组件对聚乙二醇的截留率

采用凝胶排阻色谱法测定中空纤维超滤膜组件对聚乙二醇20000（PEG20000） 溶液的截留率,选择AgilentPL aquagel-OH MIEXD–H8 μm 色谱柱,流动相为0.1 mol/L NaNO3 溶液 （ 含0.02%NaN3）,流量为1 mL/min,RID 检测器,柱温箱和检测器温度均为30℃.当进样体积为50 μL 时,方法的检出限为18.8 mg/L,定量限为49.0 mg/L.PEG20000 溶液的质量浓度在60～1 000 mg/L 范围内与色谱峰高呈良好的线性,相关系数r^2=1.000.该方法对实际样品测定结果的相对标准差为1.31% （n=6）.将该方法的测定结果与紫外– 可见分光光度计法的测量结果进行F 检验和t 检验,结果表明两种方法测量结果无显著性差异.采用该方法可以同时对PEG20000 样品的相对分子质量及其分布进行测定,从而对选用的截留标准物质进行质量控制.

超高相对分子质量聚乙烯纤维表面改性研究进展

综述了近年来国内外超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面改性的研究进展,介绍了UHMWPE纤维表面改性方法主要包括等离子体改性、辐照接枝改性、化学氧化改性、仿生修饰改性、表面偶联剂处理、电晕处理等,这些改性方法各有其优缺点,建议将上述两种或多种方法进行结合,在保证UHMWPE纤维原有优异性能的基础上,以使UHMWPE纤维获得最佳表面性能。

UHMWPE纤维的表面处理技术进展

详细介绍了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维的表面改性方法、改性原理及改性效果,并提出了UHMWPE纤维的表面处理技术的新进展及展望。UHMWPE纤维的表面改性方法主要有氧化处理法、化学交联法、电晕放电法、辐照引发表面接枝法、等离子体处理法等;目前,电晕放电法已经应用于工业化生产,其他方法难以实现工业化;今后,硅烷偶联剂化学交联法有较好的工业化应用前景,采用两种或多种方法并用对UHMWPE纤维进行表面改性将会得到较好的发展。

化学气相沉积PPy/UHMWPE纤维的研究

采用化学气相沉积制备了聚吡咯/超高相对分子质量聚乙烯(PPy/UHMWPE)纤维,测试了不同氧化剂浓度、不同沉积时间和温度下PPy/UHMWPE纤维的表面剪切强度,用扫描电镜、动态热机械分析仪、傅立叶变换红外光谱仪分析了PPy/UHMWPE纤维的表面形态、热机械性能和复合材料官能团的变化。结果表明:PPy均匀分布在UHMWPE纤维表面,UHMWPE纤维与PPy之间无化学键作用而是分子间作用力;随着氧化剂三氯化铁浓度的增加和吡咯沉积时间的延长,PPy/UHMWPE纤维表面剪切强度先增大后减小;随着处理温度的升高,PPy/UHMWPE纤维表面剪切强度先增大,当处理温度超过85℃时,其剪切强度则减小。

偶联剂改性UHMWPE纤维表面性能的研究

选用硅烷偶联剂KH-550,KH-560和钛酸酯偶联剂NDZ-201作为表面改性剂,对超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)冻胶纤维在萃取阶段进行表面处理,经干燥、超拉伸制得表面改性UHMWPE纤维。采用红外光谱仪、接触角测量仪测定了纤维的表面化学结构和表面润湿性能,采用单纤维树脂包埋-拔出法测定了纤维与树脂基体的界面剪切强度,比较了改性前后纤维的力学性能变化。结果表明:改性后纤维表面引入了极性基团,硅烷偶联剂KH-550对UHMWPE纤维的表面改性效果最好。采用质量分数为1%的硅烷偶联剂KH-550溶液处理后,纤维与环氧树脂间的界面剪切强度提高了87.8%,纤维的断裂强度和模量分别提高了6.9%和32.6%。

紫外辐照交联改性UHMWPE纤维的研究

选取不同生产阶段的超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行紫外辐照交联改性,探讨了正庚烷浸泡时间、交联剂浓度、紫外辐照时间等因素对交联效果、纤维力学性能及蠕变性能的影响。结果表明:UHMWPE纤维在正庚烷中的最佳浸泡时间为48h;紫外光最佳辐照改性时间为6min;与初生纤维和成品纤维相比,相同改性条件下冻胶纤维最易发生交联反应且效果最好;经过交联改性的UHMWPE纤维断裂强度和断裂伸长略有下降,弹性模量和抗蠕变性能有所提高。

UHMWPE/聚烯烃共混物的性能及其熔融纺丝研究

将超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）与共混组分聚烯烃（PB）按一定质量比计量，并加入质量分数为0．3％的抗氧剂1010，在双螺杆挤出机上共混造粒，研究了PB的用量对UHMWPE／PB共混物熔点和流变性能的影响；采用实验室熔融纺丝装置对UHMWPE／PB共混物进行纺丝，拉伸得到UHMWPE／PB共混纤维，研究了共混纤维的形貌、结晶性能和力学性能。结果表明：在共混温度为230～290℃时，UHMWPE／PB共混物可实现宏观上均匀共混；共混物具有介于两共混组分熔点之间的单一熔点，共混物熔点随UHM—WPE含量的提高而提高；共混物熔体属假塑性流体，270～320℃条件下，随UHMWPE含量的增加，UHM—WPE／PB共混物结构黏度指数逐渐增加，黏流活化能逐渐减小，共混物的熔体黏度对温度不敏感；当UHM-WPE／PB质量比为1：1，纺丝温度为310oC时，共混物具有良好的可纺性，经过19倍的后拉伸，所获得的UHMWPE／PB共混纤维直径为45μm，断裂强度可达16．4cN／dtex，初始模量约190．0cN／dtex。

EVA共混改性UHMWPE纤维的表面性能

以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)作为共混改性剂,将其溶解在超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纺丝溶液中,制得共混改性UHMWPE冻胶纤维;对改性UHMWPE冻胶纤维进行萃取,干燥和热拉伸制得改性UHMWPE纤维;研究了改性前后纤维的结构与性能。结果表明:共混改性后UHMWPE纤维表面引入了极性基团,纤维与树脂基体的界面剪切强度得到提高,纤维表面浸润性能提高,但纤维的力学性能下降,纤维的熔点和结晶度降低,纤维重结晶温度上升,晶粒尺寸变大。