七-UHMWPE纤维的发展前景.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,（七）,UHMWPE,纤维的发展前景,UHMWPE,纤维具有诸多的优异特性，在很多高新技术领域被引起极大的注目，特别在轻质高强复合材料应用领域中发挥着举足轻重的作用。但因该纤维存在熔点低、与聚合物基体粘结性能差、蠕变等缺陷，限制了它在某些领域的应用。为了改进这些不足，拓宽该纤维的应用，开展了以下方面的研究工作。,（1）提高耐热性、耐蠕变性,通过交联（化学交联或物理交联）可提高聚合物的耐热、耐磨和耐蠕变性。如用高辐射能进行改性，辐射使分子链之间产生横向交联，如加速电子束离子、,X,射线辐照等。辐照的剂量和条件根据拉伸后的高强度聚乙烯纤维与碳纤维、玻璃纤维或,Kevlar,纤维混用，以改善其耐热、耐磨和耐蠕变性。如,PE,与,Kevlar,纤维以90:10混用时，当受强度20的负荷作用5000,h,后，其伸长率为5，以50:50混用时，在同样条件下伸长率为1.2。,（2）改进粘结性,对,UHMWPE,纤维进行表面改性是制备纤维增强树脂基复合材料的关键技术。由于聚乙烯大分子无极性基团，无化学活性，表面能很低，纤维与树脂之间难以产生化学键结合，纤维分子与树脂分子间不易产生较强的相互作用力，纤维也不易被树脂浸润，,UHMWPE,纤维表面光滑，纤度较高，比表面积小，也不利于纤维与树脂间的粘结。,（2）改进粘结性,改善纤维粘结强度的有效方法之一是在纤维的表面引入反应性基团，使之能与基体材料分子上的基团反应，同时又能增加纤维表面能，并改善纤维的浸润性。引入反应性基团通常采用化学刻蚀或接枝，涂层和氧化等方法，但因,UHMWPE,纤维的化学惰性，很难改善纤维表面的粘合性。,低温等离子表面改性能有效地提高,UHMWPE,纤维的表面能，并引入极性基团，产主刻蚀，从而提高和改善,UHMWPE,纤维与树脂基体粘合能力，而对纤维的性能损伤很小。如：在,O,2,、N,2,、H,2,、Ar、NH,3,等离子氛围下处理,UHMWPE,纤维，能使纤维表面大分子失去氢而形成自由基，与空气中的氧、水分等作用成为极性基团。,用不同的气体对纤维进行处理时，对复合材料界面强度的改善和纤维本身强度的影响各不相同。在氧的氛围下等离子处理后，,UHMWPE,纤维与环氧树脂界面粘结强度提高4倍以上。在氨的氛围下等离子处理后，纤维自身强度不变。,有机气体或蒸气可通过等离子态形成聚合物，在纤维表面形成涂层，从而改变其表面性能。如：丙烯胺等离子处理,UHMWPE,纤维时，在纤维表面形成的聚合物层中含有大量的一级胺、少量的二、三级胺及亚胺、腈等官能团，还有,CO、CN,等不饱和官能团，与空气结合后还生成少量的羰基、酰胺、醚、羰基等官能团，使纤维的界面粘合性能有所改善，但对纤维本身强度有轻微的损伤。,纤维与树脂的粘合性能与树脂的选择和合理的复合方法有关。目前，与,UHMWPE,纤维复合的树脂品种有环氧树脂、聚乙烯树脂、聚酯、乳胶树脂等。基体树脂的选择及纤维与基体间粘合强度要求的确定要根据复合材料制品的最终用途而定。,以防弹头盔和轻型装甲材料为例，粘合牢度过强则材料中的微裂纹生长易引起纤维断裂，复合材料的脆性增加，抗冲击性能变差；粘合牢度过弱则易发生界面脱粘，应力不能有效转递，难以发挥纤维的增强作用。在适当的界面粘合强度下，界面脱粘时可有效地吸收和转化冲击能量，起到良好的防弹效果。,日本三菱化成公司对浸渍环氧树脂前的,UHMW-PE,纤维进行火焰处理，制得的预浸料和片材适用于做船舶的结构构件和建筑板材;采用在氧或二氧化碳中进行电晕放电来处理,UHMWPE,纤维表面可大大提高纤维对聚酯、环氧和聚酰胺基材的粘结性，处理后纤维的熔点可提高8。另外，在纺丝液中添加填料也可改善纤维的粘结性能,。,（3）分子自增强;如果高分子材料增强的方式出现,在分子结构或超分子结构的尺度，并且增强相与基体的化学结构完全相同，这种增强方式为分子自增强，由此而产生的材料为分子自增强材料。,与传统的增强方式相比，分子增强充分调动了材料内部的潜力，又不存在增强相于基体在化学结构上的界面，所以材料的整体力学性能更好，并可能具有一些特殊的功能。此外，分子自增强纤维的长径比和比表面积极大，从而赋予了它非常优异的比刚度、比强度、尺寸稳定性、耐化学药品性等。,另一个显著的优点在于它的加工成型比较方便，增强相是在成型加工过程中形成的，从而避免常规复合材料加工中遇到的许多问题。目前，制得的自增强聚乙烯纤维在强度和模量上都超过了某些液晶材料如,Xydar,及聚苯硫醚（,PPS）、,聚酰亚胺（,PI）,等昂贵的工程材料，显示了巨大的潜力，有人甚至把它视为向,Kevlar,纤维挑战的新一代纤维。,The characterization of UHMWPE/,CNTs,fiber,Morphological studies of composite fiber,UHMWPE extracted fiber UHMWPE/,CNTs,extracted fiber,a-pure UHMWPE,b-0.25wt%MWNTs,c-1wt%MWNTs,d-3wt%MWNTs,e,f-5%MWNTs,Morphological,S,tudies of,C,omposite,F,iber,The,M,odel for,R,estricted,C,rystal,G,rowing,TGA,analysis,DSC curves of UHMWPE and UHMWPE/,CNTs,E,xtracted,F,iber,Heat flow,Sample,Tm,/,Hm,/,J/g,Tc,/,Crystallinity,/,Xc,Neat UHMWPE,135.86,217.7,101.83,75.3,0.25wt%UHMWPE/CNTs,fiber,138.27,230.2,102.60,79.6,1wt,UHMWPE/,CNTs,fiber,141.93,246.1,103.33,85.1,3wt,UHMWPE/,CNTs,fiber,142.75,251.2,103.94,86.8,T,hermal Properties of,UHMWPE and UHMWPE/,CNTs,E,xtracted,F,ibers,Sample,Tensile Strength,/,GPa,Creep,/10,4,sec,Elongation at break,/,Young,s modulus,/,GPa,U,HMWPE,2.6,4.6,5,89,UHMWPE/0.25%CNTs,2.6,3.7,4.8,107,UHMWPE/1%CNTs,2.8,3.3,4.5,121,The,Fiber,M,echanical,P,ropert,ies,Conclusions,1.The mechanical properties of UHMWPE is improved apparently.Creep is decreased by 19.6%(10,4,secnds).,Youngs modulus is increased by 20%.,2.The thermal resistance of UHMWPE fiber can be improved obviously.Tm is increased by 6,and T(degradation from TGA at 10 wt.%loss)is increased by 7,.,