拉伸流場(chǎng)下 UHMWPE 纖維 Shish-Kebab 晶體的結(jié)構(gòu)演變.pdf

1、由凍膠紡絲法生產(chǎn)的UHMWPE纖維具有高強(qiáng)度、高模量、抗沖擊和耐切割等優(yōu)異性能。UHMWPE纖維的力學(xué)性能主要取決于它的微觀晶體結(jié)構(gòu)形態(tài)，因此，只有深入研究微觀晶體結(jié)構(gòu)生成演化和力學(xué)性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系，才能正確的指導(dǎo)工業(yè)化UHMWPE纖維的制備工藝，制備高性能的UHMWPE纖維。在本文中，主要采用同步輻射 X射線小角散射和廣角衍射技術(shù)，研究了工業(yè)生產(chǎn)線中熱拉伸對(duì)纖維中Shish-Kebab晶體的演化過(guò)程、在溶劑存在下的冷拉伸對(duì)最終纖維結(jié)構(gòu)的

2、影響和單根纖維上的結(jié)構(gòu)缺陷分布情況。主要的研究結(jié)果如下：
　　1.不同拉伸比的UHMWPE纖維是直接由工業(yè)生產(chǎn)線上取得的分別在一級(jí)熱拉伸（120℃）和二級(jí)熱拉伸（130℃）下拉伸至不同倍率的纖維。利用同步輻射X射線小角散射實(shí)驗(yàn)研究纖維中Kebab折疊鏈片晶的演化過(guò)程和Shish伸直鏈晶體的生成過(guò)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Kebab周期并沒有發(fā)生顯著變化，但片晶的側(cè)面尺寸大幅度下降，說(shuō)明Shish伸直鏈的形成主要是由Kebab折疊鏈中的側(cè)面分子鏈

3、破裂滑移從而形成取向伸直鏈結(jié)構(gòu)。而隨拉伸倍率的提高纖維平均Shish長(zhǎng)度的降低是因?yàn)榭臻g位阻的關(guān)系導(dǎo)致后來(lái)形成的Shish結(jié)構(gòu)總比先前形成的短。利用X射線廣角實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同倍率下的晶體取向度，發(fā)現(xiàn)隨著拉伸倍率和拉伸溫度的提高，體系中的取向結(jié)構(gòu)趨于完善。UHMWPE纖維的熔融過(guò)程進(jìn)一步證實(shí)了在不同拉伸階段的Shish-Kebab晶體的演變過(guò)程。
　　2.通過(guò)不同冷拉伸倍率制備的成品UHMWPE纖維直接由工業(yè)生產(chǎn)線上取得。采用了力學(xué)性

4、能、小角散射和廣角衍射來(lái)測(cè)試不同冷拉伸倍率對(duì)最終纖維的結(jié)構(gòu)性能的影響。冷拉伸倍率為5.0倍的纖維的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別能達(dá)到30.80cN/dtex和1562cN/dtex，較之冷拉伸倍率為1.5倍的纖維分別提高了13.1％和41.9%。隨著冷拉伸倍率的提高，纖維中平均Shish長(zhǎng)度明顯降低而Shish晶體結(jié)構(gòu)的取向分布變得更好。提高的結(jié)晶度和取向度說(shuō)明由于冷拉伸的影響，體系中更多的折疊鏈片晶和非晶區(qū)結(jié)構(gòu)參與形成了更短的和取向性更好的

5、Shish結(jié)構(gòu)。
　　3.利用同步輻射微束廣角實(shí)驗(yàn)用來(lái)研究單根UHMWPE纖維不同位置的結(jié)構(gòu)缺陷，并討論了不同纏結(jié)度的兩種纖維出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)缺陷差異。光學(xué)顯微鏡圖像表明了擁有更短分子鏈更少支鏈的SIOC纖維呈現(xiàn)出一種類似竹節(jié)狀的結(jié)構(gòu)缺陷，而擁有更長(zhǎng)分子鏈更多支鏈的M4纖維的整根纖維上分布了無(wú)規(guī)雜亂的結(jié)構(gòu)缺陷。微束廣角實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單斜相晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在整根M4纖維的不同位置上，而對(duì)于SIOC纖維僅有沿不同方向的晶體取向結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在竹節(jié)狀的節(jié)