凝胶纤维UHMWPE_LMWPE双折射率的研究

INTELLIGENCE科技天地58凝胶纤维UHMWPE/LMWPE双折射率的研究孝感学院化学与材料科学学院张晓龙摘要：采用超高分子量聚乙烯与低分子量聚乙烯共混凝胶纺丝来制备凝胶纤维，通过延伸，进行双折射率性能分析。关键词：超高分子量聚乙烯与低分子量聚乙烯延伸倍率双折射率一、实验部分1、超高分子量聚乙烯/低分子量聚乙烯凝胶纤维的制备采用自制的实验纺丝机纺丝。UHMWPE用代号U来表示，三种不同分子量的LMWPE分别用LA(Mw=2.5×106)、LB(Mw=9×105)和LC(Mw=2.2×105)来表示。配制的不同质量比的UHMWPE和不同分子量的LMWPE掺混样品见表1，按质量分数2％的样品量加入溶剂十氢萘，期间加入0.1％的抗氧化剂2，6-二叔丁基对甲酚，在搅拌状态下，控制升温速率为2℃/min直至形成凝胶。待形成凝胶以后停止搅拌，在135℃下稳定1.5小时后升温至170℃。然后将均匀稳定的凝胶溶液倒入纺丝机料斗中脱泡，在170℃下通过自制的凝胶纺丝机将纺丝原液挤出喷丝头，经过20cm的空气冷却段后进入水浴中，空气段和水浴的温度均控制在10℃。最后以3000mm/min的速度卷绕。随后将凝胶初丝于正己烷中萃取5min，去除残余在凝胶初丝内的十氢萘溶剂。最后再于空气中进行干燥30min，以去除正己烷。2、研究UHMWPE/LMWPE共混凝胶薄膜之双折射性质未延伸及经延伸不同倍率后凝胶纤维样品的双折射性质，都由TFM-120AFT偏光显微光谱仪进行检测。所有样品的熔点，皆经由美国TA公司Q－100型的差扫描热分析仪所检测。并且要求在检测范围之内，基准线必须调整到其波动范围小于0.04mw，其目的为使熔融热的最大偏差将在±3J/g之内。且仪器以纯铟之熔融热28.4J/g校正，所有热分析实验均在氮气流量50ml/min下进行。凝胶纤维样品测试熔点，取样0.5mg及升温速率为20℃/min，加热范围自40℃至200℃。二、结果与分图1是三种不同LMWPE与UHMWPE在各自最适化质量比的情况下延伸不同倍率的双折射率。由图可知凝胶纤维的双折射数值开始会随着其延伸倍率的增加而急剧增加，当延伸倍率达到40倍时，双折射数值增加速率明显变慢。产生这种现象的原因可能是由于40倍以前的延伸主要是纤维非晶区的延伸，之后的延伸则主要是纤维晶区的延伸，而晶区延伸的温度比非晶区延伸的温度要高，95℃延伸温度较适于非晶区的延伸，故会出现上述的有趣现象。0204060801001200.000.010.020.030.04双折射率延伸倍率图1延伸至不同延伸倍率(△)U/LA－2.0，(○)UB/LB-2.0及(□)UB/LC-1.5凝胶纤维样品的双折射率数值三、结论UHMWPE/LMWPE纤维之所以具有图1那种有趣的双折射率数值，是因为以凝胶纺丝所制得的凝胶原丝经过高倍延伸所致。事实上，经过高倍延伸的UHMWPE/LMWPE凝胶纤维之抗张强度和模量，会随着可延伸比的增加而提高，导致双折射率的变化当共混物的浓度为最佳浓度时可以得到最大延伸比。因为在此浓度下，LMWPE可减少UHMWPE大分子之间的缠结度，但又不至于过底而影响拉伸比，有助于热延伸过程中UHMWPE解缠结，分子链可适度的自晶区中拉出，从而获得如图变化的双折射率。参考文献：[1]刘仁德：《UHMWPE材料在水泥企业的应用》，《四川水泥》，2003年。[2]韩飞：《超高分子量聚乙烯的成型技术现状及研究进展》，《甘肃化工》，2005年。[3]王德谤、杨明锦：《世纪之交中国塑料产业化热点评述》，《工程塑料应用》，2000年。[4]K.L.K.Lim,Z.A.Mohd,U.S.Ishinku,A.M.Y.Fuad,J.Appl.Polym.Sci.,97,413，(2005)．[5]GongdeLiu,Ming.Xiang,Huilin.Li,Polym.Eng.Sci.,44,197(2004).[6]J.T.Yeh,Y.L.Lin,andC.C.Fan-Chiang,Macromol.Chem.Phys.,197,3531(1996).