超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯纤维的生产和改

性研究

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摘要：本文主要参照了《超高分子量聚乙烯纤维的发展状况》对超高分子量聚乙烯纤维的发展及性能研究历程进行了详细概述；通过查阅《超高分子量聚乙烯纤维性能及生产现状》和《超高分子量聚乙烯纤维制造及应用探讨》了解了三种制备超高分子量聚乙烯纤维的主要方法；参考了《超高分子量聚乙烯纤维的表面改性》和《超高分子量聚乙烯纤维的表面改性研究》等论文，了解到超高分子量聚乙烯三种表面改性方法；通过查阅《纳米改性增强超高分子量聚乙烯复合材料研究进展》了解到纳米材料对超高分子量聚乙烯纤维的改性机理，并对改性前后性能变化做出细致比较和概述；针对多巴胺对超高分子量聚乙烯纤维的影响参照了《多巴胺仿生修饰及聚乙烯亚胺二次功能化表面改性超高分子量聚乙烯纤维》了解到两种改性方式，并对两种改性方式优劣做出对比；参考了《Investigation of the ballistic performance of ultra high molecular weight polyethylene composite panels》了解到超高分子量聚乙烯纤维的防弹性能及在其他领域的应用情况。

关键词：超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）;纳米材料;多巴胺

1前言

以“惊异塑料”著称的UHMWPE具有与聚乙烯(CPE)一样的线性结构。UHMWPE极高的分子量(分子量在150万以上)赋予其优异的使用性能，而且属于价格适中、性能优良的热塑性工程塑料，它凡乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其它工程塑料无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不易粘附、不易吸水、密度较小等综合性能。事实上，目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。

加剂来控制，还可加入染料或其它载体。

3超高聚乙烯纤维表面改性方法

3.1化学试剂处理

化学试剂处理是研究较多的一个方面，其原理是通过强氧化作用在纤维表而导入羧基、羰基,磺酸基等含氧极性基团;同时纤维表血弱界面层因溶于处理液中而被破坏，甚至分子链断裂，形成凹凸不平的表面，增加纤维的比表面积，提高与树脂基体的接触面积，改善纤维的粘结性。在通过化学试剂处理UHMWPE纤维表面的过程中，影响因素主要有:处理液配方、处理时问、温度、材料的种类等。

化学试剂处理法中最常用的是液相氧化法和表面涂层法。其中，液相氧化法中又可分为铬酸溶液处理、有机过氧化处理、氯磺酸处理等。

3.2等离子体处理

等离子体处理仅作用在材料表面有限深度内数个分子，因此经处理后的纤维力学性能不会受太大的影响。按处理方式，可分为低压等离子体和高压等离子体两种。一般来说低压等离子体是指处理压强低于130Pa。这种方法处理效果较好，但需要较高真空，难以实现连续化生产，工业化难度较大。按处理性质又可分为两类:(1)表面不形成聚合物;(2)表面形成聚合物。区别在于处理气氛的不同，如在O2 , N2 , H2 , Ar, NH3等气氛中处理，纤维表面不形成聚合物而采用有机气体或蒸气(如烯丙胺)来产生等离子体，在纤维表面会因聚合反应沉积一层涂层，这种涂层会在纤维和基体间形成很好的粘结层，提高交合材料的

柔韧性。

3.3电晕放电处理

电晕放电处理是将2-100KV, 2-1OKHz的高频高电压施加于带电电极上，于电极表面附近的电场很强，电极附近的气体介质会被局部击穿而产生电晕放电现象。气体介质电离后产生大量的粒子，与材料表面的分子发生直接或间接的作用，对材料表面的物化性能产生一定的影响。由于电晕放电产生的粒子成分很复杂，操作上也很困难，因此其作用机理还没有得到统一的认识。长期以来研究人员根据各自的试验结果，建立了多种理论来解释电晕放电的作用机理。

其中影响较大的有自粘理论、氧化理论和降解理论等，但是这些理论的研究对象主要是聚乙烯薄膜，对UHMWPE纤维电晕处理方面的研究还没有深入进行。

电晕放电处理UHMWPE纤维后，用X-射线光电子能谱(X-ray photo electron spectroscopy, XPS)检测纤维表面元素的含量，可以发现纤维表面氧元素含量大大增加。若进一步采用远红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer, FTIR)分析会发现处理后的纤维表面出现了羟基、羰基和羧基的吸收峰。此外，纤维表面的粗糙度对复合材料层间剪切强度的提高也有贡献。

4纳米材料改性超高分子量聚乙烯纤维

纳米材料的理化性质能够将无机调料的刚性，尺寸稳定性，热稳定性与高分子聚乙烯的韧性，可加工性，和介电性能结合起来，使其能够更好的发挥特殊性能，但是，当无机纳米材料与高分子量聚乙烯直接混合的时候，还是有一定的缺陷的比如说是共混性差，界面结合强度不高等等。所以，为了解决这样的问题在混合的时候引人人偶联剂对纳米表现进行改性，从而提高两者混合界面的强度。纳米填充高分子量聚乙烯主要是通过高分子聚乙烯与改性纳米材料均匀混合后热压成型，混合的办法包括液相超声分散法，机械共混法，液相辅助熔混法等等，进行热压时的温度要保持在180到200摄氏度之间。

4.1摩擦性能的改变

在实际的应用过程中，虽然高分子量聚乙烯本身就有比较良好的抗磨性以及很低的摩擦因素，但是现如今随着经济科技的不断发展，对于不同的需求需要不同的摩擦性能，所以需要对其进行改进。

利用纳米填充技术可以对其的摩擦性进行改进，比如说如果采用一定是分散方法将GO(氧化石墨烯，一种纳米物质)与UHMWPE进行分散，并且通过球磨混合和热压成型制备两者的复合材料，并且在去离子水以及生理盐水的减摩润滑与氧化错进行滑动摩擦，在摩擦的过程中，复合材料的磨损率比未进行改造之前的磨损率要下降百分之二十左右。

4.2力学性能的转变

总所周知，对于没有改性之前的UHMWPE，由于自身内部结构的原因，