CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2019年
超高分子量聚乙烯纤维辐射接枝改性及性能研究
Alternative TitleStudy on Modification of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Fiber by Radiation-induced Graft Polymerization
邢哲
Subtype博士
Thesis Advisor吴国忠
2013-04
Degree Grantor中国科学院研究生院
Degree Discipline无机化学
Keyword超高分子量聚乙烯纤维 丙烯酸甲酯 丙烯酸 丙烯腈 辐射接枝聚合反应 海水提铀吸附材料
Abstract超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是唯一密度比水小的高性能纤维,具有优秀的力学性能和抗腐蚀性能,主要应用于装甲防护、航天、航空、航海等军民两用领域。然而UHMWPE纤维的极性和表面能非常低,严重影响了它在纤维增强复合材料中的应用效果。自UHMWPE纤维问世之日起,高分子材料领域的研究者便开始探索对UHMWPE纤维的表面性能改良和功能化。本论文以UHMWPE纤维的表面接枝改性和纤维功能化为目的,采用预辐射接枝方法在UHMWPE纤维表面成功接枝丙烯酸甲酯(MA)、丙烯酸(AA)和丙烯腈(AN),制备出UHMWPE-g-PMA纤维、UHMWPE-g-PAA纤维和UHMWPE-g-(PAN-co-PAA)纤维;并将接枝率高达332%的UHMWPE-g-(PAN-co-PAA)纤维进行胺肟化反应,制备出用于海水提铀的高效UHMWPE-g-(PAO-co-PAA)纤维吸附剂,在真实海水中的铀酰吸附量高达2.3 mg-U/g。通过FT-IR、SEM、XRD、DSC、TGA、单丝拉伸测试等表征手段详细研究了接枝改性UHMWPE纤维的化学官能团、表面形貌、结晶结构、热稳定性和机械强度等性能。研究发现,对于MA和AA,甲醇是进行接枝反应的合适溶剂;对于AN,DMF是合适的反应溶剂;硫酸对MA、AA接枝反应有明显加速作用;莫尔盐能够有效阻止单体发生均聚反应;高吸收剂量和高单体浓度有利于接枝率的提高;接枝速率和接枝率随温度升高而增加;经过MA、AA、AN接枝改性的UHMWPE纤维在红外吸收光谱中分别出现酯基、羧基、腈基的红外特征吸收峰;UHMWPE-g-(PAN-g-PAA)纤维经过胺肟化反应后,腈基红外特征吸收峰消失,出现偕胺肟基红外特征吸收峰;SEM显示接枝反应后UHMWPE纤维表面被覆盖接枝层而变得粗糙;UHMWPE-g-PMA纤维的XRD结果显示,PMA接枝链对UHMWPE纤维结构有一定影响,接枝链扰乱了中间相和单斜晶晶粒的规则排列,使纤维取向度降低;XRD衍射图谱出现PMA无定形相散射宽峰,散射峰强度随接枝率增加而增强;接枝链并未对UHMWPE纤维的正交晶相产生影响;接枝改性UHMWPE纤维热稳定性明显下降;辐射接枝改性对UHMWPE纤维的力学性能有一定影响,拉伸强度随吸收剂量升高而降低,却不随接枝率变化;弹性模量随接枝率增加而减小。力学测试结果表明对于纤维复合材料应用,吸收剂量应低于5 kGy,接枝率应低于30%;对于离子交换和吸附材料应用,为得到较高功能基团密度的UHMWPE纤维基吸附材料,可适当提高接枝率;功能化改性后,UHMWPE纤维基吸附材料保留较高的力学强度。因此,可以根据不同的改性目的控制UHMWPE纤维的吸收剂量和接枝率,制备符合应用要求的改性UHMWPE纤维材料。
Pages107
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/13396
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2019年
Recommended Citation
GB/T 7714
邢哲. 超高分子量聚乙烯纤维辐射接枝改性及性能研究[D]. 中国科学院研究生院,2013.
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